PNAS 速递 | 当量子遇上混沌：量子资源理论量化置乱

关键词：量子混沌，量子资源理论，量子置乱，量子信息

论文题目：Resource theory of quantum scrambling

论文来源：PNAS

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217031120

混沌的研究对许多科学学科产生了重大影响，包括量子物理学。量子混沌（quantum chaos）应用广泛，已成为物理学的基石，并通过连接量子多体物理学、随机矩阵理论和热化，而成为量子动力学研究的核心主题。而量子混沌动力学的一个标志是“量子置乱”（quantum scrambling）的产生，其中局部量子信息传播到系统的多个自由度中。

已经有多种度量量化量子系统中的置乱，例如平均泡利权重（average Pauli weight）、无序相关器（out-of-time-ordered correlator，OTOC）、算符纠缠熵（operator entanglement entropy）和三方互信息（tripartite mutual information）等。此前有研究测量三方互信息来衡量超导量子处理器的置乱。

近年来，科学家们开发了量子资源理论（quantum resource theory）框架来量化量子现象提供的优势。资源包括纠缠、魔术（magic）、量子热力学、相干性、非复杂性、量子热机等。

最近发表于 PNAS 的这篇文章给出了置乱的数学定义，并引入资源理论对置乱进行量化。置乱有两种特征机制：纠缠置乱（entanglement scrambling）和魔术置乱（magic scrambling）。他们使用资源理论来确定魔术（潜在的量子计算优势来源，能被高效地测量）的上限。还证明了置乱资源（scrambling resources）限制了Yoshida 黑洞解码协议的成功率。