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초록

양자 다체계의 동역학은 공간과 시간의 분리된 점에서의 상관함수로부터 재구성된 양자 관측량에 의해 특징지어진다¹,²,³. 그러나 빠른 얽힘 생성을 수반하는 동역학에서는, 스캐러밍(scrambling) 효과로 인해 장시간에 걸쳐 양자 관측량이 기초 동역학의 세부 사항에 민감하지 않게 되는 경향이 있다. 이러한 제한을 극복하고 실험 시스템에서 관련 동역학에 접근할 수 있도록, 반복적인 시간 역전 프로토콜이 성공적으로 구현되어 왔다⁴. 본 연구에서는 초전도 양자 프로세서에서 이차 순서의 시간 순서 외 상관함수(OTOC(2))⁵,⁶,⁷,⁸,⁹,¹⁰,¹¹,¹²,¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶,¹⁷,¹⁸를 실험적으로 측정하였으며, 그 결과 OTOC(2)가 장시간 척도에서도 기초 동역학에 여전히 민감함을 확인하였다. 더불어 OTOC(2)는 시간 역전 기술 없이 접근할 수 없는, 매우 얽힌 양자 다체계 내의 양자 상관관계를 나타낸다. 이는 하이젠베르크 그림에서 양자 진화 과정 중에 파울리 연산자를 삽입함으로써 파울리 스트링의 위상에 무작위성을 도입하는 실험 프로토콜을 통해 입증되었다. 이 프로토콜은 OTOC(2)의 측정값을 상당히 변화시켰으며, 구성 공간에서 큰 고리(loop)를 형성하는 파울리 스트링 간의 건설적 간섭을 드러내었다. 관측된 간섭 메커니즘은 OTOC(2)에 높은 수준의 고전적 시뮬레이션 복잡성도 부여한다. 이러한 결과와 함께, 해밀토니안 학습의 예시를 통해 보여진 OTOC(2)의 양자 동역학에 대한 유용한 세부 정보를 밝혀내는 능력은 실용적인 양자 우위를 향한 가능성을 제시한다.