En physique quantique, le brouillage est la dispersion d'informations quantiques à travers un système quantique complexe, tels que les systèmes quantiques chaotiques à plusieurs corps. Ce processus peut rendre difficile voire impossible l'accès à l'information quantique, en particulier lors de l'utilisation de méthodes physiques simples et conventionnelles.

Le brouillage peut être mesuré à l'aide de corrélateurs ordonnés hors du temps (OTOC), qui sont des mesures du chaos quantique liées à la croissance des opérateurs de Heisenberg. Des chercheurs de l'Université du Maryland ont récemment introduit une nouvelle méthode pour calculer les OTOC des opérateurs locaux dans les systèmes 1-D. Cette méthode, présenté dans un article publié dans Physique de la nature , pourrait finalement être utilisé pour étudier le brouillage dans des systèmes quantiques complexes.

"Le problème fondamental que nous essayions de comprendre est de savoir comment le chaos se propage dans l'espace dans les systèmes quantiques, " Brian Swingle, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. « Pensez à l'expérience de pensée de l'effet papillon – nous voulions savoir :si un papillon bat des ailes, à quelle vitesse cette perturbation se propage-t-elle dans l'espace ? Nous voulions comprendre cela spécifiquement dans le contexte des systèmes quantiques composés de nombreuses particules."

Des études antérieures sur la façon dont le chaos se propage dans l'espace au sein des systèmes quantiques ont rassemblé plusieurs observations intéressantes, peindre un paysage intéressant mais plutôt complexe de comportements possibles. Beaucoup de ces études, cependant, étaient fondées sur des hypothèses particulières, ce qui rend plus difficile de déterminer dans quelle mesure leurs conclusions peuvent être généralisées à d'autres systèmes.

Dans leur étude, Swingle et son collègue Shenglong Xu ont entrepris d'étudier quels comportements dévoilés dans les études précédentes sont génériques pour tous les systèmes quantiques. Ils espéraient également comprendre comment on peut penser au paysage des possibilités se produisant dans différents systèmes spéciaux.

"Pour avoir une idée de ce qu'était le comportement générique, nous avions besoin d'une méthode pour calculer les OTOC dans les systèmes génériques, " Swingle a déclaré. "Une telle méthode aurait besoin d'utiliser une propriété générique des OTOC dans les systèmes locaux."

L'idée des chercheurs était d'utiliser la propriété lightcone des systèmes quantiques, ce qui implique qu'en dehors du cône d'influence en expansion résultant du battement d'aile du papillon métaphorique, le système n'est guère perturbé. En d'autres termes, en dehors du "cône du papillon", l'effet du papillon reste faible.

En mécanique quantique, les actions sont représentées comme des opérateurs et la petitesse d'un effet donné se traduit par la simplicité de l'opérateur. Tirant parti de cette simplicité, Swingle et Xu ont pu représenter l'opérateur d'une manière informatiquement utile (c'est-à-dire, en tant qu'« opérateur de produits matriciels »), afin d'effectuer les calculs nécessaires à l'accès à l'embrouillage.

« Il y a deux réalisations clés dans notre étude, " dit Swingle. " D'abord, nous avons conçu un cadre théorique pour classer les différents comportements possibles de l'OTOC. Ce cadre était suffisamment général pour inclure tous les exemples connus précédemment. Seconde, nous avons formulé une méthode à usage général pour calculer les OTOC, une méthode qui pourrait aller au-delà des calculs précédents."

Swingle et Xu ont déjà utilisé leur méthode de calcul des OTOC des opérateurs locaux pour étudier une variété de systèmes génériques. De façon intéressante, ils ont découvert que plusieurs de ces systèmes s'intègrent dans leur cadre théorique. Dans une étude de suivi présentée dans Examen physique X , les chercheurs ont également utilisé leur méthode pour recueillir des preuves que les OTOC dans les systèmes chaotiques génériques ont un comportement universel.

« Nous avons poursuivi ce travail en appliquant notre technologie à plusieurs systèmes différents étudiés dans des expériences sur table à travers le monde, " A déclaré Swingle. " Nous généralisons maintenant également l'approche pour inclure de nouveaux types d'effets, y compris l'étude de systèmes à basse température où la vitesse de propagation du chaos a tendance à ralentir."

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