随机偶极自旋模型中的置乱动力学与多体混沌

是否存在一种量子多体系统能像黑洞一样快地置乱信息？Sachdev-Ye-Kitaev 模型可以饱和混沌的猜想上限，但它需要难以在实验中实现的马约拉纳费米子的随机全连接耦合。在此我们研究一种随机取向偶极子的量子自旋模型，其中自旋交换由偶极-偶极相互作用支配。该模型受近期关于磁性原子、偶极分子与氮空位中心的偶极自旋系统实验启发。我们通过计算能级统计、谱形状因子以及离时序关联（OTOC）函数来绘制该模型的相图。我们发现了广泛的多体混沌区域，其中能级服从 Wigner-Dyson 统计，且 OTOC 在不同时刻表现出不同特征：其早期动力学以指数增长为特征，而晚期趋近饱和值的过程服从幂律。李雅普诺夫指数 $\lambda_L$ 的温度标度表明，尽管在高温下其远低于猜想上限 $2\pi T$，但在低温且自旋数目较大时 $\lambda_L$ 趋近于该上限。