近年来，全球许多物理学家对多体量子混沌系统进行了研究，研究由强相互作用粒子组成的量子系统中的多体混沌（many-body chaos）。多体混沌的研究拓宽了对量子热化的当前理解，即量子粒子彼此相互作用而达到热平衡的过程，并揭示了微观物理学与黑洞动力学之间令人惊讶的联系。多体混沌已成为理解强相互作用量子系统中热化的强大框架。
多体问题为物理学中一大类问题的通称，这些问题与大量粒子构成的微观系统有关，粒子之间有相互作用。要精确描述这些微观系统，将会用到量子力学。三体以上的系统即被视为多体系统，不过因为三体和四体可以用特定的方法处理，有时会被归类为少体系统。在这样的量子系统中，粒子之间不断相互作用，产生量子相关性以及纠缠。因此，系统的波函数很复杂，并含有大量信息，常常无法进行精确或可分析的计算。所以多体理论常常必须依赖针对问题的一组近似，并且是最多计算的科学领域之一。
加州大学伯克利分校的研究人员最近进行了一项研究，该研究在一种称为Sachdev-Ye-Kitaev（简称SYK）模型的著名物理构造的背景下研究多体量子混沌系统，取得了新的进展，在Sachdev-Ye-Kitaev模型中收集了量子混沌的数值证据。
SYK模型最初由哈佛大学教授、苏比尔·萨奇杰夫（Subir Sachdev）和华裔物理学家、密西西比大学教授、叶锦武（Jinwu Ye）提出，后来由俄裔物理学家、加州理工学院教授、阿列克谢·基塔耶夫（Alexei Kitaev）修改为现在的常用形式。SYK模型描述了一组随机相互作用的粒子，并且是第一个被预测会表现出多体混沌的微观量子系统。
进行这项研究的研究人员之一、布莱斯·科布林（Bryce Kobrin）表示：“我们的工作是受到一个基本问题的启发，即信息可以在强相互作用的量子系统中快速传播。” “几年前，出现了一个优美的理论预测，表明在某些高维系统中，信息的传播呈指数级增长，类似于经典混沌中的蝴蝶效应。”
除了假设信息在某些高维系统中迅速传播外，先前的研究还证明，这种“混沌”的发展速度存在普遍的速度限制。有趣的是，唯一已知或假设的达到此极限的系统与黑洞（或更具体地讲，描述黑洞的量子理论）密切相关。当研究人员预测SYK模型也使混沌的通用界限饱和时，这是一个很大的惊喜。这种见解导致了进一步的分析，表明SYK模型的低温属性实际上等效于带电黑洞的低温属性。
尽管这些思想已得到理论计算的支持，但迄今为止，在数值模拟中验证其有效性并观察量子混沌已被证明是一个持久的挑战。研究团队着手研究SYK模型的混沌性质。他们通过使用所开发的最先进的数字技术模拟超大型系统的动力学来做到这一点。随后，使用基于量子引力计算的方法分析了收集到的数据。
如图所示的相图，显示了SYK模型在不同温度和系统尺寸下的行为。从高温到低温，模型从粒子行为像相互作用过渡到半经典引力的黑洞，再到量子引力的黑洞。
科布林说：“作为温度的函数，我们观察到系统从行为转变为与普通的相互作用粒子相似，从而精确地与量子黑洞的预测行为一致。” “通过开发新的程序来分析我们的结果，我们确定了混沌的发生率，并明确表明在低温下它接近理论上限。”
研究人员收集了一种新的动力学现象的直接数值证据，该现象是多体混沌，将混沌从经典力学转化为相互作用强烈的量子系统。他们的发现还凸显了量子模拟与量子引力理论之间的宝贵相互作用。
在该研究中，研究人员使用了所创建的数值工具来检查SYK模型中的多体混沌，将来，相同的技术也可以应用于难以使用通用分析框架进行检查的其它模型。最终，这可以帮助正在进行的研究寻找与黑洞具有相同行为的量子系统。最后，研究人员采用的方法还可以激发实验技术的发展，以在可控量子硬件上模拟量子动力学，例如使用冷原子或捕获离子的阵列。
科布林说：“我很高兴研究量子信息与量子引力之间交点处的其它现象。” “例如，据预测，通过将两个副本的SYK模型耦合在一起，可以形成一个所谓的可穿越虫洞，通过该虫洞可以传达信息。这是非常违反直觉的结果，表明量子混沌实际上可以帮助将信息从一个地方转移到另一个地方。”
