Cílem nezávislé výzkumné skupiny „Gravity, Quantum Fields and Information“ (GQFI), kterou vede dr. Michalem P. Hellerem, je zkoumat fascinující propojení obecné teorie relativity, kvantové teorie pole a kvantové teorie informace odhalené v posledních letech s využitím poznatků z holografie (AdS/CFT), fyziky mnoha těles, černých děr a dalších.
Některé z motivačních otázek pro GQFI jsou:
- Můžeme chápat dynamickou geometrii prostoročasu, a tedy i samotnou gravitaci, jako emergentní jev kvantově mnoha těles, v duchu „To z Qubitu“? A jakou roli v této souvislosti hrají pojmy kvantové informace, jako je provázanost a složitost?
- Kvantové systémy s mnoha složkami jsou, jak známo, velmi složité a jejich simulace vyžaduje výkonné počítače. Můžeme využít nové myšlenky z tenzorových sítí k nalezení efektivních způsobů modelování těchto systémů na počítači?
- Černé díry jsou jedinými známými objekty v přírodě, u nichž se současně uplatňuje jak kvantová teorie, tak obecná teorie relativity, a proto slouží jako skutečná „teoretická laboratoř“ pro kvantovou gravitaci. Můžeme pomocí nástrojů holografie a algebraické kvantové teorie pole vrhnout světlo na tyto záhadné objekty a možná odhalit jejich nitro?
- Jak nám nové metody a souvislosti pomohou při modelování vyrovnávacích procesů, k nimž dochází například při ultraenergetických srážkách atomových jader na urychlovačích RHIC a LHC?
Zde jsou uvedeny některé konkrétní výzkumné projekty, které v současné době GQFI realizuje:
Komplexita v kvantové teorii pole
V kontextu holografie se předpokládá, že kvantově informační teoretický pojem „komplexita“ kóduje určité gravitační veličiny (zejména ty, které se týkají prostoročasu uvnitř černých děr). Členové naší skupiny byli průkopníky snahy o zpřesnění této představy v kvantových teoriích pole a pokračujeme ve studiu této nové veličiny v různých modelech .
Tenzorové sítě
Tenzorové sítě jsou mimořádně užitečným nástrojem pro reprezentaci určitých kvantových stavů a mají zajímavé geometrické vlastnosti, které vedly k plodným analogiím s holografií. Zejména tenzorová síť MERA, která se přirozeně hodí k reprezentaci 1D kritických systémů (popsaných CFT), má 2D negativně zakřivenou geometrii a byla vyslovena domněnka, že popisuje určité aspekty korespondence AdS/CFT. Mohou být poznatky z gravitace a holografie užitečné k posílení tohoto spojení nebo k návrhu nových, výkonnějších tenzorových sítí pro simulaci složitých kvantových systémů, např. využitím symetrických aspektů ?
Entanglementová struktura & modulární tok
Zkoumáme vlastnosti modulárních (entanglementových) hamiltoniánů pro nízkorozměrné systémy . Zejména jsme se zaměřili na pochopení přechodu od lokality ke spojité nelokalitě v modulárním toku. To může poskytnout nový pohled na problém objemové rekonstrukce v holografii.
Vnitřky černých děr ¶dox firewall
AdS/CFT poskytuje obzvláště užitečný rámec pro zkoumání paradoxu firewall , 40 let staré hádanky, která je jádrem našich pokusů o sjednocení gravitace a kvantové teorie. Uplatňujeme poznatky z holografie a algebraické kvantové teorie pole, abychom osvětlili, jak lze rekonstruovat vnitřek černé díry, a také rodící se vztah mezi provázaností a geometrií prostoročasu .
Nerovnovážná dynamika
Kvantová dynamika mimo rovnováhu je důležitá pro širokou škálu problémů, včetně fyziky vysoce excitované primordiální jaderné hmoty popsané silnou silou, která se reprodukuje v ultraenergetických srážkách atomových jader. AdS/CFT nám umožňuje tyto srážky modelovat a vedla k mnoha zajímavým fenomenologickým poznatkům v jaderné fyzice . Kromě holografických metod také simulujeme kvantové systémy mnoha těles (tj. spinové řetězce) pomocí algoritmů tenzorových sítí v (1+1)D, abychom získali vlastnosti dynamiky tepelné kvantové teorie pole. Chceme porozumět ekvilibraci v modelech kvark-gluonového plazmatu s využitím myšlenek na pomezí tenzorových sítí a fyziky vysokých energií.
Další aktivity
GQFI se zabývá řadou dalších aktivit zaměřených na další spolupráci, komunikaci a obecný zájem o fyziku. Provozujeme sérii týdenních virtuálních seminářů – je to inovativní formát, který nám umožňuje vysílat různé přednášky vědců z celého světa a zároveň snižuje naši uhlíkovou stopu. Zájemci z řad výzkumníků z jiných skupin se mohou naladit a interaktivně zapojit (klást otázky atd.) a přednášky jsou následně zveřejněny na našem kanálu YouTube, takže si je může kdokoli kdykoli volně prohlédnout. Dvakrát ročně také pořádáme tematický „GQFI Workshop“; odkazy na minulé akce naleznete na pravé straně stránky. Kromě toho se členové naší skupiny podílejí na různých osvětových aktivitách, jako jsou místní akce Den vědy a výzkumný blog. Chcete-li sledovat nejnovější zprávy a vývoj, podívejte se na náš Twitter!
Většinu publikací naší skupiny najdete na INSPIRE-HEP.
H. A. Camargo, M. P. Heller, R. Jefferson, J. Knaute, arXiv:1904.02713
H. A. Camargo, P. Caputa, D. Das, M. P. Heller, R. Jefferson, Phys. Rev. Lett. 122, 081601 (2019), arXiv:1807.07075.
S Singh, NA McMahon, and GK Brennen, Physical Review D 97, 026013 (2018), arXiv:1702.00392.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1905.05768.
P. Fries, I. Fries. A. Reyes, arXiv:1906.02207
R. Jefferson, arXiv:1901.01149.
R. Jefferson, SciPost Phys. 6, 042 (2019), arXiv:1811.08900.
W. Florkowski, M. P. Heller, M. Spalinski, Rep. Prog. Phys. 81, 4 (2017), arXiv:1707.02282.