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Résumé

La dynamique des systèmes quantiques à corps multiples est caractérisée par des observables quantiques reconstruits à partir de fonctions de corrélation évaluées à des points distincts dans l’espace et le temps¹,²,³. Toutefois, dans les dynamiques accompagnées d’une génération rapide d’intrication, les observables quantiques deviennent généralement insensibles aux détails de la dynamique sous-jacente à long terme en raison des effets de « scrambling ». Pour contourner cette limitation et permettre l’accès à des dynamiques pertinentes dans des systèmes expérimentaux, des protocoles de réversibilité temporelle répétés ont été efficacement mis en œuvre⁴. Dans cette étude, nous mesurons expérimentalement les corrélations hors-ordre du second ordre (OTOC(2))⁵,⁶,⁷,⁸,⁹,¹⁰,¹¹,¹²,¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶,¹⁷,¹⁸ sur un processeur quantique supraconducteur, et constatons qu’elles conservent une sensibilité aux dynamiques sous-jacentes à des échelles de temps longues. En outre, l’OTOC(2) met en évidence des corrélations quantiques dans un système quantique à corps multiples fortement intriqué, qui restent inaccessibles sans techniques de réversibilité temporelle. Ce phénomène est démontré par un protocole expérimental qui randomise les phases des chaînes de Pauli dans l’image de Heisenberg en insérant des opérateurs de Pauli au cours de l’évolution quantique. Les valeurs mesurées de l’OTOC(2) sont significativement modifiées par ce protocole, révélant ainsi une interférence constructive entre les chaînes de Pauli formant de grandes boucles dans l’espace de configuration. Ce mécanisme d’interférence confère également à l’OTOC(2) un degré élevé de complexité de simulation classique. Ces résultats, combinés à la capacité de l’OTOC(2) à dévoiler des détails utiles de la dynamique quantique – illustrée ici par un exemple d’apprentissage d’un hamiltonien – indiquent une voie prometteuse vers un avantage quantique pratique.