近年來，全球許多物理學家對多體量子混沌系統進行了研究，研究由強相互作用粒子組成的量子系統中的多體混沌（many-body chaos）。多體混沌的研究拓寬了對量子熱化的當前理解，即量子粒子彼此相互作用而達到熱平衡的過程，並揭示了微觀物理學與黑洞動力學之間令人驚訝的聯絡。多體混沌已成為理解強相互作用量子系統中熱化的強大框架。

多體問題為物理學中一大類問題的通稱，這些問題與大量粒子構成的微觀系統有關，粒子之間有相互作用。要精確描述這些微觀系統，將會用到量子力學。三體以上的系統即被視為多體系統，不過因為三體和四體可以用特定的方法處理，有時會被歸類為少體系統。在這樣的量子系統中，粒子之間不斷相互作用，產生量子相關性以及糾纏。因此，系統的波函式很複雜，並含有大量資訊，常常無法進行精確或可分析的計算。所以多體理論常常必須依賴針對問題的一組近似，並且是最多計算的科學領域之一。

加州大學伯克利分校的研究人員最近進行了一項研究，該研究在一種稱為Sachdev-Ye-Kitaev（簡稱SYK）模型的著名物理構造的背景下研究多體量子混沌系統，取得了新的進展，在Sachdev-Ye-Kitaev模型中收集了量子混沌的數值證據。該研究結果論文，題為：“Sachdev-Ye-Kitaev模型中的多體混沌”，發表在最近的《物理評論通訊》上。

SYK模型最初由哈佛大學教授、蘇比爾·薩奇傑夫（Subir Sachdev）和華裔物理學家、密西西比大學教授、葉錦武（Jinwu Ye）提出，後來由俄裔物理學家、加州理工學院教授、阿列克謝·基塔耶夫（Alexei Kitaev）修改為現在的常用形式。SYK模型描述了一組隨機相互作用的粒子，並且是第一個被預測會表現出多體混沌的微觀量子系統。

進行這項研究的研究人員之一、布萊斯·科布林（Bryce Kobrin）表示：“我們的工作是受到一個基本問題的啟發，即資訊可以在強相互作用的量子系統中快速傳播。” “幾年前，出現了一個優美的理論預測，表明在某些高維繫統中，資訊的傳播呈指數級增長，類似於經典混沌中的蝴蝶效應。”

除了假設資訊在某些高維繫統中迅速傳播外，先前的研究還證明，這種“混沌”的發展速度存在普遍的速度限制。有趣的是，唯一已知或假設的達到此極限的系統與黑洞（或更具體地講，描述黑洞的量子理論）密切相關。當研究人員預測SYK模型也使混沌的通用界限飽和時，這是一個很大的驚喜。這種見解導致了進一步的分析，表明SYK模型的低溫屬性實際上等效於帶電黑洞的低溫屬性。

儘管這些思想已得到理論計算的支援，但迄今為止，在數值模擬中驗證其有效性並觀察量子混沌已被證明是一個持久的挑戰。研究團隊著手研究SYK模型的混沌性質。他們透過使用所開發的最先進的數字技術模擬超大型系統的動力學來做到這一點。隨後，使用基於量子引力計算的方法分析了收集到的資料。

如圖所示的相圖，顯示了SYK模型在不同溫度和系統尺寸下的行為。從高溫到低溫，模型從粒子行為像相互作用過渡到半經典引力的黑洞，再到量子引力的黑洞。

科布林說：“作為溫度的函式，我們觀察到系統從行為轉變為與普通的相互作用粒子相似，從而精確地與量子黑洞的預測行為一致。” “透過開發新的程式來分析我們的結果，我們確定了混沌的發生率，並明確表明在低溫下它接近理論上限。”

研究人員收集了一種新的動力學現象的直接數值證據，該現象是多體混沌，將混沌從經典力學轉化為相互作用強烈的量子系統。他們的發現還凸顯了量子模擬與量子引力理論之間的寶貴相互作用。

在該研究中，研究人員使用了所建立的數值工具來檢查SYK模型中的多體混沌，將來，相同的技術也可以應用於難以使用通用分析框架進行檢查的其它模型。最終，這可以幫助正在進行的研究尋找與黑洞具有相同行為的量子系統。最後，研究人員採用的方法還可以激發實驗技術的發展，以在可控量子硬體上模擬量子動力學，例如使用冷原子或捕獲離子的陣列。