El caos cuántico, un término no técnico, es una abreviatura científica que se refiere al uso de la teoría del caos para explicar los sistemas cuánticos. La teoría del caos puede explicar las irregularidades que ocurren en todos los sistemas dinámicos desde el nivel macro al micro. Esas irregularidades incluyen una burbuja en la revolución de un satélite alrededor de un planeta o la posición impredecible de un electrón en el nivel atómico. Los sistemas cuánticos son aquellos sistemas que operan a nivel molecular. Tomando esas definiciones juntas, el caos cuántico intenta explicar las irregularidades en los sistemas moleculares.
Durante mucho tiempo, los científicos no estaban seguros de que existiera el caos cuántico. Los átomos tendían a exhibir patrones de energía en forma de ondas predecibles. Los objetos a nivel molecular no parecían expresar una sensibilidad extrema a las condiciones iniciales, la definición tradicional de caos físico. Incluso algunos problemas que surgieron podrían explicarse a través de la teoría de la perturbación, que permite desviaciones menores en un sistema que exhibe un comportamiento en gran parte regular que se puede explicar a través de la física clásica.
Sin embargo, como descubrieron algunos físicos del siglo XX, no todos los eventos que ocurren a nivel molecular podrían explicarse o predecirse adecuadamente mediante modelos cuánticos clásicos. Según esos modelos, eventos como el movimiento de partículas de un sitio a otro requerirían cantidades de energía en crecimiento exponencial que serían imposibles de generar. Sin embargo, debido a que se ha observado que las partículas se mueven sin producir esos niveles de energía, los científicos tuvieron que encontrar una forma diferente de explicar el fenómeno.
Una forma en que los científicos explicaron fue a través del estudio del átomo de Rydberg. Los átomos de Rydberg son átomos altamente energizados que exhiben comportamientos caóticos que se pueden explicar a través de la física clásica. El estudio de estos átomos ha demostrado que los sistemas en los que está involucrado el caos cuántico tienen niveles de energía altamente correlacionados. Los niveles de energía de las partículas no se distribuyen aleatoriamente como en las moléculas clásicas. Los eventos de un subsistema están inextricablemente relacionados con los eventos de otro subsistema. Como resultado, se puede utilizar un espectro de energía para explicar al menos parcialmente los comportamientos de estas partículas.
Otro método consistió en observar situaciones en las que la física clásica podía explicar las irregularidades en sistemas grandes. La mecánica detrás del bamboleo en la órbita de la luna alrededor de la tierra debido a la atracción gravitacional del sol se utilizó para crear una medición estadística que ayudó a explicar y predecir el comportamiento de las partículas de baja energía. Si bien los modelos clásicos en física no pueden explicar adecuadamente los comportamientos de estos sistemas moleculares caóticos, es interesante que el caos cuántico utilice esos modelos como punto de partida para crear nuevos modelos para comprender mejor estos sistemas.