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摘要

量子多体系统的动力学特性由在空间和时间上分隔的点上重构的关联函数所表征1,2,3。然而，在快速产生量子纠缠的动力学过程中，由于量子混沌（scrambling）效应的影响，量子可观测量在长时间尺度下通常对底层动力学的细节变得不敏感。为克服这一限制并实现对实验系统中相关动力学的有效探测，重复时间反演协议已被成功实现4。在此工作中，我们在超导量子处理器上首次实验测量了二阶非对易序关联函数（OTOC(2)）5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18，并发现其在长时间尺度下仍能保持对底层动力学的敏感性。此外，OTOC(2)能够揭示高度纠缠的量子多体系统中原本无法通过常规方法观测到的量子关联，这一特性通过一种实验方案得以验证：该方案在海森堡绘景中通过在量子演化过程中插入泡利算符，对泡利字符串的相位进行随机化。实验结果显示，该协议显著改变了OTOC(2)的测量值，从而揭示了在配置空间中形成大环结构的泡利字符串之间的建设性干涉效应。这一观测到的干涉机制也赋予了OTOC(2)极高的经典模拟复杂度。结合OTOC(2)在揭示量子动力学有用细节方面的潜力（例如通过哈密顿量学习的实例展示），这些结果表明了一条实现实际量子优势的可行路径。