量子世界并不总是井然有序。中国和英国的研究人员最近设计并测试了一套装置,能在粒子构成的混沌区域里,挑出并放大那些最长的"量子潜力"链条。他们给出的答案是:把量子思路和经典思路拼进同一个系统,让行为变得更容易观察。 这套做法的直接效果,是让研究从少体量子力学跨到更复杂的多体量子力学,并更新了对实验中量子相为何改变、为何保持不变的认知。相关研究已发表在同行评议期刊 《自然·物理》 (Nature Physics)上。 研究团队在论文中写道:"规则运动与混沌运动的共存,是动力系统的一个普遍特征,从行星轨道、海浪,到复杂材料中的湍流与输运,都是如此。"在这个语境里,混沌衡量的是可预测性——或者说,可预测性的缺失。 有时候,混沌的表象会误导人。古代人大概会认为天气、种子发芽这类现象是混沌的,但以今天的知识看,这些事情可以被准确建模和预测。如今物理学家更有动力去理解混沌系统,因为量子计算和量子网络这些前沿领域正属于其中。 从少体量子系统到多体量子系统,物理复杂度有一个巨大的跳跃。这项新研究的目标,就是厘清多体系统中混沌与秩序的动力学。为此,团队使用了一个 超导电路 ——把逻辑门阵列冷却到接近绝对零度,以获得零电阻。 普通电路控制你家的电灯开关:不同位置接通或断开导线,电流才能到达灯泡。在量子装置里,逻辑由纠缠粒子控制,前提是这种纠缠能维持多久。实验中,量子电路之所以被选中和设计成这样,是因为按量子力学的标准它相对容易观测,而且研究人员能在电路反复经历短暂活动之后继续测量它。 通过记录不同纠缠"门"在这些短时间窗口之间如何变化,科学家还能用经典物理去调节这些门。他们写道,这代表一种混合路径,展示了多体量子系统如何在秩序与混沌的区块之间切换。经典手段的介入,把电路推向了一个更有秩序的状态。 研究人员的结论,与少体量子系统从秩序滑向混沌的那种更简单的方式并不相同,并给出了一个可供其他团队继续检验和探索的明确理论。资深作者兹拉特科·帕皮奇(Zlatko Papić)对 Phys.org 表示:"我们的方法提供了一种实用的途径,可以在实验上探索这片图景。经过一轮又一轮的过程,这种方法能逐步锁定那些规律重复的运动,而我们不必事先指定这种运动是什么。" 换句话说,这套混合装置的价值不在于一次性给出答案,而在于它把"混沌里到底藏着什么秩序"变成了一个可以反复测量、反复调节的实验问题。至于这套方法能否推广到更复杂的量子系统,还需要后续研究继续验证。 特别
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