Adgang til kryptering i kvantesystemer ved hjælp af matrixproduktoperatører

I kvantefysikken, scrambling er spredningen af ​​kvanteinformation på tværs af et komplekst kvantesystem, såsom kaotiske kvante mange-kropssystemer. Denne proces kan gøre kvanteinformation vanskelig eller umulig at få adgang til, især ved brug af enkle og konventionelle fysikmetoder.

Scrambling kan måles ved hjælp af ikke-tidsbestilte korrelatorer (OTOC'er), som er mål for kvantekaos knyttet til væksten hos Heisenberg -operatører. Forskere ved University of Maryland har for nylig introduceret en ny metode til at beregne OTOC'er for lokale operatører i 1-D-systemer. Denne metode, præsenteret i et papir udgivet i Naturfysik , i sidste ende kunne bruges til at studere scrambling i komplekse kvantesystemer.

"Det grundlæggende problem, som vi forsøgte at forstå, er, hvordan kaos breder sig i rummet i kvantesystemer, "Brian Swingle, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Tænk på sommerfugleeffekt -tankeeksperimentet - vi ville vide:hvis en sommerfugl klapper med vingerne, hvor hurtigt spredes den forstyrrelse i rummet? Vi ønskede at forstå dette specifikt i sammenhæng med kvantesystemer sammensat af mange partikler. "

Tidligere undersøgelser, der undersøgte, hvordan kaos spredte sig i rummet inden for kvantesystemer, samlede flere interessante observationer, male et interessant, men ret komplekst landskab med mulig adfærd. Mange af disse undersøgelser, imidlertid, var baseret på særlige antagelser, og det gør det sværere at afgøre, i hvilket omfang deres konklusioner kan generaliseres til andre systemer.

I deres undersøgelse, Swingle og hans kollega Shenglong Xu satte sig for at undersøge, hvilken adfærd der blev afsløret i tidligere undersøgelser, er generisk for alle kvantesystemer. De håbede også at forstå, hvordan man kan tænke over landskabet af muligheder, der forekommer i forskellige specialsystemer.

"For at få styr på, hvad den generiske adfærd var, vi havde brug for en metode til at beregne OTOC'er i generiske systemer, "Swingle sagde." En sådan metode ville være nødvendig for at udnytte nogle generiske egenskaber for OTOC'er i lokale systemer. "

Forskernes idé var at bruge kviksystemets lyskegenskab, hvilket indebærer, at uden for den ekspanderende indflydelseskegle, der stammer fra den metaforiske sommerfugls vingeflap, systemet er næppe forstyrret. Med andre ord, uden for 'sommerfuglkeglen' forbliver sommerfuglens effekt lille.

I kvantemekanik, handlinger repræsenteres som operatører, og den lille effekt af en given effekt udmønter sig i operatørens enkelhed. Udnytter denne enkelhed, Swingle og Xu var i stand til at repræsentere operatøren på en beregningsmæssigt nyttig måde (dvs. som en 'matrixproduktoperatør'), for at udføre de beregninger, der er nødvendige for at få adgang til scrambling.

"Der er to vigtige præstationer i vores undersøgelse, "Swingle sagde." Først, vi udtænkte en teoretisk ramme til at klassificere forskellige mulige adfærd i OTOC. Denne ramme var generel nok til at omfatte alle de tidligere kendte eksempler. Sekund, vi formulerede en generel metode til beregning af OTOC'er, en metode, der kunne gå ud over tidligere beregninger. "

Swingle og Xu har allerede brugt deres metode til beregning af lokale operatørs OTOC'er til at studere en række generiske systemer. Interessant nok, de fandt ud af, at flere af disse systemer passer ind i deres teoretiske ramme. I en opfølgende undersøgelse omtalt i Fysisk gennemgang X , forskerne brugte også deres metode til at indsamle beviser for, at OTOC'er i generiske kaotiske systemer har en universel adfærd.

"Vi har fulgt op på dette arbejde ved at anvende vores teknologi på flere forskellige systemer, der undersøges i bord-top eksperimenter rundt om i verden, "Swingle sagde." Vi generaliserer nu også tilgangen til at omfatte nye former for effekter, herunder at studere systemer ved lav temperatur, hvor hastigheden af ​​kaosspredning har en tendens til at bremse. "

© 2019 Science X Network