用于求解量子自旋动力学的广义相空间方法

高效模拟相互作用量子多体系统非平衡动力学的数值技术，是提升我们驾驭和理解复杂量子物质能力的关键。在此，我们提出一种称为 GDTWA 的新数值方法。它基于离散半经典相空间采样，并允许研究具有任意 $S\geq 1/2$ 的晶格自旋系统中的量子动力学。我们表明，GDTWA 能够准确模拟任意维度下大系综的动力学。我们将其应用于具有偶极长程相互作用的 $S>1/2$ 自旋模型，这是近期磁性原子实验中出现的一种情形。我们表明，该方法不仅能捕捉短时间内的超越平均场效应，还能正确重现长时间量子热化动力学。我们在小系统中用精确对角化、用短时间微扰理论以及用针对具有长时间量子热化特征的闭系统所做的解析预测对该方法进行了基准测试。通过计算 Renyi 熵（目前一种实验上可获取的纠缠度量），我们揭示出大 $S$ 系统可以表现出比相应 $S=1/2$ 系统更大的纠缠。我们的分析表明，GDTWA 可成为在其他最先进数值方法失效的体系中建模复杂自旋动力学的有力工具。