如果理解量子混沌的理论取得突破，它可能会为研究量子信息和量子计算、多体物理、黑洞以及仍然难以捉摸的量子到经典如何过渡开辟新的途径。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家Avadh Saxena说：“通过将平衡的能量增益和损失应用在开放的量子系统上，我们找到了一种方法来克服先前存在的限制，即假设与周围环境的相互作用会减少量子混沌。这一发现为研究量子模拟和量子信息论指明了新方向。”

量子混沌不同于经典物理学的混沌理论。后者旨在了解对初始条件高度敏感的确定性或非随机的模式和系统。所谓的蝴蝶效应是最常见的例子，德克萨斯州的一只蝴蝶扇动翅膀可能会通过一个令人眼花缭乱但并非随机的因果链，导致堪萨斯州产生龙卷风。

另一方面，量子混沌用量子理论来描述混沌的经典动力系统。量子混沌是造成复杂系统(如黑洞)中信息产生混乱的原因。它以系统的特征模式和频率间的相关性形式在系统的能谱中显示自己。

人们相信，当一个量子系统通过耦合到系统外的环境(所谓的量子到经典过渡)而失去相干性或它的“量子性”时，量子混沌的特征就会被抑制。这意味着它们不能被用作量子信息或可以被操纵的状态。

事实证明这并不完全正确。Avadh Saxena、卢森堡大学的物理学家Aurelia Chenu和Adolfo del Campo以及其他合作者发现，在某些情况下，量子混沌的动态特征实际上是增强了，而不是被抑制了。Saxena说：“我们的工作挑战了退相干通常会抑制量子混沌的预想。”

量子系统光谱中的能量值以前被认为是复数(即具有虚数分量的数字)，因此觉得它在实验环境中没有用处。但是，通过在系统中的对称点添加能量增益和损失，该研究小组发现了能谱的真实值，但前提是增益或损失的强度要低于临界值。

del Campo说：“平衡的能量增益和损失提供了一种物理机制，可以在实验室中实现在复杂多体量子系统的理论和数值研究中无处不在的能谱滤波。具体来说，能量去相位中平衡的能量增益和损失会导致最佳的光谱滤波器。因此，人们可以利用平衡的能量增益和损失作为一种实验工具，这不仅可以探索量子混沌，还可以研究一般的多体量子系统。”

Saxena和del Campo解释说，通过改变退相干，滤波器可以更好地控制系统中的能量分布。例如，这在量子信息中可能很有用。Saxena说：“退相干限制了量子计算，由于增加量子混沌会减少退相干，你可以让计算保持更长的时间。”

该团队的论文建立在Carl Bender和Stefan Boettcher之前的理论工作之上。他们发现，与20世纪初公认的范式相反，一些量子系统在某些对称性下会产生实能量，即使它们的哈密顿量不是厄米的，这意味着它满足某些数学关系。通常，此类系统被称为非厄米哈密顿量。而哈密​​顿量定义了系统的能量。

Saxena说：“人们普遍的理解是，退相干抑制了厄米系统的量子混沌，并具有真实的能量值。所以我们想象，如果我们采用非厄米系统怎么办？”

该研究论文研究了在某一个特定点将能量注入波导的例子—这是增益，然后再次将能量泵出——这对称的损失。波导是一个开放的系统，能够与环境交换能量。他们的研究发现，这个过程和相互作用不会导致退相干，而是增加了相干性和量子混沌。（编译:Qtech）