耗散相互作用量子比特驱动系统中复杂行为的涌现与控制

在创建大规模人工量子相干结构方面的进展，要求研究当强相互作用（甚至远程部分之间）为非微扰时的非平衡动力学。在退相干与外部驱动存在下，对大系统中多粒子量子关联的分析尤为热门。然而，动力学的标度行为及相关涌现现象尚不为人所深入理解。我们研究由若干量子单元（例如量子比特或里德伯原子）组成的驱动系统的动力学如何随单元数量增加而改变。令人惊讶的是，双单元系统表现出混沌行为。对于更大的系统尺寸，涌现出高度随机、远离平衡的超混沌（hyperchaotic） regime。其复杂性随系统尺寸系统性地标度，与单元数量成正比。最后，我们证明这些混沌动力学可通过周期性驱动场被有效调控。我们的结果所提供的见解表明，可用大量子系统定性不同动力学 regime 之间的跃迁（由相对较少的参数控制）来对其行为作简化描述，并可能在大型人工量子结构的设计、表征与控制中证明有用。