Исследователи из Чжэцзянского университета в Китае и Университета Лидса в Великобритании обнаружили устойчивые периодические траектории в хаотической квантовой системе. Они провели эксперимент на сверхпроводящем процессоре с 24 кубитами. Статья вышла 23 сентября 2026 года в журнале Nature Physics.

Чтобы найти регулярное движение, команда объединила квантовый процессор с обычным компьютером. Процессор ненадолго запускал эволюцию системы и проводил измерения, а классический оптимизатор по их результатам подбирал параметры нового состояния. В одном опыте система стартовала в хаотической области и менее чем за десять циклов обратной связи сошлась к периодической траектории, предсказанной расчётами.

Как работает обратная связь

Эксперимент поставили на модели лестницы из взаимодействующих кубитов. Вместо того чтобы описывать все возможные состояния системы, исследователи использовали компактное приближение: набор состояний с низкой запутанностью. Оно не передаёт квантовую динамику во всех деталях, но помогает искать устойчивые режимы на реальном процессоре.

В каждом цикле система сначала недолго эволюционировала под действием гамильтониана, то есть математического описания её динамики. Затем учёные измеряли локальную несбалансированность спинов. Этот показатель служил мерой того, насколько состояние соответствовало выбранному набору. Компьютер подбирал параметры, увеличивающие показатель, а процессор готовил обновлённое состояние для следующего цикла.

В одном из опытов каждый отрезок квантовой эволюции длился 80 наносекунд. Для оценки несбалансированности на каждой итерации проводили 300 независимых измерений. Если после повторения циклов параметры начинали двигаться по замкнутой периодической траектории, исследователи считали, что обратная связь нашла устойчивый режим.

Можно сравнить этот поиск с движением шарика по неровной поверхности: на одних участках он катится непредсказуемо, а в углублении может двигаться по повторяющемуся маршруту. Обратная связь не создаёт такой маршрут с нуля. После каждого короткого этапа она подбирает состояние, которое лучше соответствует компактному набору, и тем самым помогает выделить уже существующее регулярное движение.

Авторы связывают наблюдение со смешанным фазовым пространством, где регулярные и хаотические траектории соседствуют. Для классических систем такая картина известна давно, а в квантовых системах многих взаимодействующих частиц её было трудно выявить экспериментально. Результат не означает, что процессор устранил хаос или обеспечил длительную когерентность при произвольных вычислениях. Исследователи изучили одну конкретную модель из 24 кубитов; из-за декогеренции они могли наблюдать систему лишь ограниченное время, поэтому лучше всего различались крупнейшие регулярные области.

Теперь команда планирует выяснить, насколько часто такие области встречаются в других системах и как на них влияют число кубитов и схема связей между ними. Для работы над научным текстом по теме доступна услуга подготовки научной статьи.

Схема цикла: квантовая эволюция, измерение, классическая оптимизация и повторная подготовка состояния приводят к устойчивой регулярной траектории

Фото: TheDigitalArtist / Pixabay