論文の概要: Error-resilient Reversal of Quantum Chaotic Dynamics Enabled by Scramblons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19915v1
- Date: Tue, 24 Jun 2025 18:00:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-26 21:00:42.494294
- Title: Error-resilient Reversal of Quantum Chaotic Dynamics Enabled by Scramblons
- Title（参考訳）: スクラムブロンによる量子カオスダイナミクスの誤差-弾性逆転
- Authors: Yu-Chen Li, Tian-Gang Zhou, Shengyu Zhang, Ze Wu, Liqiang Zhao, Haochuan Yin, Xiaoxue An, Hui Zhai, Pengfei Zhang, Xinhua Peng,
- Abstract要約: 量子多体系における時間の矢印は、量子情報をスクランブルし絡みを増大させるハミルトン進化に由来する。
量子情報スクランブルとカオス力学の構造について検討する。
我々の結果は、複雑な量子系の動的反転の基本的な限界を押し上げます。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.680704853463023
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The emergence of the arrow of time in quantum many-body systems stems from the inherent tendency of Hamiltonian evolution to scramble quantum information and increase entanglement. While, in principle, one might counteract this temporal directionality by engineering a perfectly inverted Hamiltonian to reverse entanglement growth, such a scenario is fundamentally unstable because even minor imperfections in the backward evolution can be exponentially amplified, a hallmark of quantum many-body chaos. Therefore, successfully reversing quantum many-body dynamics demands a deep understanding of the underlying structure of quantum information scrambling and chaotic dynamics. Here, by using solid-state nuclear magnetic resonance on a macroscopic ensemble of randomly interacting spins, we measure the out-of-time-ordered correlator (OTOC) and validate key predictions of scramblon theory, a universal theoretical framework for information scrambling. Crucially, this theory enables us to isolate and mitigate errors in the OTOC caused by imperfections in the backward evolution. As a result, this protocol uncovers the anticipated exponential behavior of quantum many-body chaos and extracts the quantum Lyapunov exponent in a many-body experimental system for the first time. Our results push the fundamental limits of dynamical reversibility of complex quantum systems, with implications for quantum simulation and metrology.
- Abstract（参考訳）: 量子多体系における時間の矢印の出現は、量子情報をスクランブルし、絡み合いを増大させるハミルトン進化の固有の傾向に起因している。
原理的には、完全に反転したハミルトニアンを逆の絡み合い成長にエンジニアリングすることで、この時間的方向性に反する可能性があるが、そのようなシナリオは基本的に不安定であり、なぜなら後方進化における小さな欠陥でさえ指数関数的に増幅できるからであり、量子多体カオスの象徴である。
したがって、量子多体力学の逆転に成功するためには、量子情報の揺らぎとカオス力学の基盤構造を深く理解する必要がある。
ここでは、ランダムに相互作用するスピンのマクロアンサンブルに固体核磁気共鳴を用いることで、時間外順序相関器(OTOC)を測定し、情報スクランブルの普遍的理論的枠組みであるスクランブル理論の鍵となる予測を検証する。
重要なことに、この理論は、後方進化の不完全性に起因するOTOCの誤りを分離し軽減することを可能にする。
その結果、このプロトコルは量子多体カオスの予想される指数的挙動を明らかにし、初めて多体実験系において量子リアプノフ指数を抽出する。
我々の結果は、量子シミュレーションとメトロジーに影響を及ぼす複雑な量子系の動的可逆性の基本的な限界を押し上げている。
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