Gravity, Quantum Fields and Information (GQFI) -nimisen riippumattoman tutkimusryhmän, jota johtaa tri. Michal P. Hellerin johdolla, on tutkia yleisen suhteellisuusteorian, kvanttikenttäteorian ja kvantti-informaatioteorian välistä kiehtovaa vuorovaikutusta, joka on viime vuosina paljastunut, käyttäen apuna oivalluksia holografiasta (AdS/CFT), monien kappaleiden fysiikasta, mustista aukoista jne.
Joitakin GQFI:n motivoivia kysymyksiä ovat:
- Voidaanko avaruusajan dynaaminen geometria ja siten itse gravitaatio ymmärtää emergenttinä kvantti-monikappale-ilmiönä ”It from Qubit” hengessä? Ja mikä rooli kvantti-informaatiokäsitteillä kuten kietoutumisella ja kompleksisuudella on tässä yhteydessä?
- Kvanttisysteemit, joissa on monta osatekijää, ovat tunnetusti hyvin monimutkaisia, ja niiden simuloiminen vaatii tehokkaita tietokoneita. Voimmeko käyttää uusia ideoita tensoriverkoista löytääksemme tehokkaita tapoja mallintaa näitä järjestelmiä tietokoneella?
- Mustat aukot ovat ainoat tunnetut kohteet luonnossa, joissa sekä kvanttiteoria että yleinen suhteellisuusteoria ovat yhtä aikaa relevantteja, ja siksi ne toimivat todellisena ”teoreettisena laboratoriona” kvanttigravitaatiolle. Voimmeko käyttää holografian ja algebrallisen kvanttikenttäteorian työkaluja valaisemaan näitä salaperäisiä kohteita ja kenties paljastamaan niiden sisuksen?
- Miten uudet menetelmät ja yhteydet auttavat meitä mallintamaan sellaisia tasapainoprosesseja kuin ne, joita tapahtuu atomiytimien ultraenergisissä törmäyksissä RHIC- ja LHC-kiihdyttimissä?
Tässä on joitakin erityisiä tutkimushankkeita, joita GQFI:ssä parhaillaan toteutetaan:
Kompleksisuus kvanttikenttäteoriassa
Holografian yhteydessä kvantti-informaatioteoreettisen käsitteen ”kompleksisuus” on arveltu koodaavan tiettyjä gravitaatiosuureita (erityisesti mustien aukkojen sisäiseen avaruusaikaan liittyviä). Ryhmämme jäsenet ovat olleet edelläkävijöitä pyrkimyksissä täsmentää tätä ajatusta kvanttikenttäteorioissa, ja jatkamme tämän uudenlaisen suureen tutkimista erilaisissa malleissa.
Tensoriverkot
Tensoriverkot ovat erittäin hyödyllisiä välineitä tiettyjen kvanttitilojen esittämiseen, ja niillä on mielenkiintoisia geometrisia ominaisuuksia, jotka ovat johtaneet hedelmällisiin analogioihin holografian kanssa. Erityisesti MERA-tensoriverkolla, joka soveltuu luontevasti 1D-kriittisten systeemien (joita CFT:t kuvaavat) esittämiseen, on 2D-negatiivisesti kaareva geometria, ja sen on oletettu kuvaavan tiettyjä AdS/CFT-korrespondenssin piirteitä. Voiko gravitaatiosta ja holografiasta saaduista oivalluksista olla hyötyä tämän yhteyden vahvistamisessa tai uusien, tehokkaampien tensoriverkkojen suunnittelussa monimutkaisten kvanttisysteemien simuloimiseksi, esimerkiksi hyödyntämällä symmetrisiä näkökohtia?
Kietoutumisrakenne & modulaarinen virtaus
Tutkimme modulaaristen (kietoutumis-) Hamiltonien ominaisuuksia matala-ulotteisille systeemeille . Erityisesti olemme keskittyneet ymmärtämään modulaarisen virtauksen siirtymistä lokaalisuudesta jatkuvaan ei-lokaalisuuteen. Tämä voi tarjota uusia oivalluksia holografian bulkkirekonstruktio-ongelmaan.
Mustien aukkojen sisätilat & palomuuriparadoksi
AdS/CFT tarjoaa erityisen hyödyllisen kehyksen palomuuriparadoksin , 40 vuotta vanhan pulman, joka on ytimessä yrittäessämme yhdistää gravitaatio- ja kvanttiteoriaa, tutkimiseen. Sovellamme holografian ja algebrallisen kvanttikenttäteorian oivalluksia valottaaksemme sitä, miten mustan aukon sisätilat voidaan rekonstruoida, sekä syntymässä olevaa yhteyttä kietoutumisen ja avaruusajan geometrian välillä.
Tasapainosta poikkeava dynamiikka
Tasapainosta poikkeava kvanttidynamiikka on merkityksellinen monenlaisten ongelmien kannalta, mukaan lukien vahvan voiman kuvaaman erittäin kiihdytetyn alkuaikaisen ydinaineen fysiikka, jota toistetaan atomiytimien ultraenergisissä törmäyksissä. AdS/CFT:n avulla voimme mallintaa näitä törmäyksiä, ja se on johtanut moniin mielenkiintoisiin fenomenologisiin opetuksiin ydinfysiikassa. Holografisten menetelmien lisäksi simuloimme myös kvanttisia monikappalejärjestelmiä (esim. spin-ketjuja) tensoriverkkojen algoritmeilla (1+1)D:ssä poimiaksemme ominaisuuksia termisen kvanttikenttäteorian dynamiikasta. Haluamme ymmärtää tasapainottumista kvark-gluoniplasmojen malleissa käyttämällä ideoita tensoriverkkojen ja korkean energian fysiikan rajapinnasta.
Muuta toimintaa
GQFI:llä on useita muita toimintoja, joilla pyritään edistämään yhteistyötä, viestintää ja yleistä kiinnostusta fysiikkaa kohtaan. Järjestämme sarjan viikoittaisia virtuaalisia seminaareja — innovatiivinen muoto, jonka avulla voimme lähettää erilaisia puheenvuoroja tutkijoilta ympäri maailmaa ja samalla vähentää hiilijalanjälkeämme. Muiden ryhmien kiinnostuneet tutkijat voivat seurata ja osallistua vuorovaikutteisesti (kysyä kysymyksiä jne.), ja esitykset lähetetään myöhemmin YouTube-kanavalle, jotta kuka tahansa voi katsella niitä vapaasti ja milloin tahansa. Järjestämme myös kaksi kertaa vuodessa ajankohtaisen ”GQFI Workshopin”; linkit aiempiin tapahtumiin löytyvät sivun oikeasta reunasta. Lisäksi ryhmämme jäsenet ovat mukana erilaisissa tiedotustoimissa, kuten paikallisissa tiedepäivien tapahtumissa, ja tutkimusblogissa. Jos haluat pysyä ajan tasalla uusimmista uutisista ja kehityksestä, tutustu Twitter-syötteeseemme!
Useimmat ryhmämme julkaisut löytyvät INSPIRE-HEP-sivustolta.
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 ja GK Brennen, Physical Review D 97, 026013 (2018), arXiv:1702.00392.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1905.05768.
P. Fries, I. 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.