Le but du groupe de recherche indépendant « Gravité, champs quantiques et information » (GQFI), dirigé par le Dr. Michal P. Heller, est d’explorer l’interaction fascinante entre la relativité générale, la théorie quantique des champs et la théorie quantique de l’information mise au jour ces dernières années, en utilisant des aperçus de l’holographie (AdS/CFT), de la physique des corps multiples, des trous noirs, et plus encore.
Certaines des questions motivant le GQFI sont :
- Pouvons-nous comprendre la géométrie dynamique de l’espace-temps, et donc la gravité elle-même, comme un phénomène émergent quantique à plusieurs corps, dans l’esprit de « It from Qubit » ? Et quel rôle jouent les concepts d’information quantique tels que l’intrication et la complexité dans cette connexion ?
- Les systèmes quantiques à nombreux constituants sont connus pour être très complexes, et nécessitent des ordinateurs puissants pour être simulés. Peut-on utiliser les nouvelles idées des réseaux tensoriels pour trouver des moyens efficaces de modéliser ces systèmes sur un ordinateur ?
- Les trous noirs sont les seuls objets connus dans la nature dans lesquels la théorie quantique et la relativité générale sont simultanément pertinentes, et servent donc de véritable « laboratoire de théoriciens » pour la gravité quantique. Pouvons-nous utiliser les outils de l’holographie et de la théorie algébrique des champs quantiques pour faire la lumière sur ces objets mystérieux, et peut-être révéler leur intérieur ?
- Comment de nouvelles méthodes et connexions nous aident-elles à modéliser les processus d’équilibrage comme ceux qui se produisent dans les collisions ultra-énergétiques de noyaux atomiques aux accélérateurs RHIC et LHC ?
Voici quelques-uns des projets de recherche spécifiques actuellement poursuivis par le GQFI :
Complexité dans la théorie quantique des champs
Dans le contexte de l’holographie, la notion de « complexité » de la théorie quantique de l’information a été conjecturée pour coder certaines quantités gravitationnelles (en particulier celles relatives à l’espace-temps à l’intérieur des trous noirs). Les membres de notre groupe ont été les premiers à tenter de rendre cette idée précise dans les théories quantiques des champs, et nous poursuivons l’étude de cette nouvelle quantité dans une variété de modèles.
Les réseaux tensoriels
Les réseaux tensoriels sont des outils extrêmement utiles pour représenter certains états quantiques, et ont des propriétés géométriques intéressantes qui ont conduit à des analogies fructueuses avec l’holographie. En particulier, le réseau tensoriel MERA, qui est naturellement adapté pour représenter les systèmes critiques 1D (décrits par les CFT), a une géométrie 2D négativement incurvée, et a été conjecturé pour décrire certains aspects de la correspondance AdS/CFT. Les aperçus de la gravité et de l’holographie peuvent-ils être utiles pour renforcer cette connexion, ou pour concevoir de nouveaux réseaux tensoriels plus puissants pour simuler des systèmes quantiques complexes, par exemple, en tirant parti des aspects symétriques ?
Structure d’intrication &flux modulaire
Nous étudions les propriétés des hamiltoniens modulaires (d’intrication) pour les systèmes de basse dimension . En particulier, nous nous sommes attachés à comprendre la transition de la localité à la non-localité continue dans le flux modulaire. Cela peut fournir de nouvelles perspectives sur le problème de la reconstruction en vrac en holographie.
Intérieurs des trous noirs &le paradoxe du pare-feu
L’AdS/CFT fournit un cadre particulièrement utile pour étudier le paradoxe du pare-feu , une énigme vieille de 40 ans au cœur de nos tentatives d’unifier la gravité et la théorie quantique. Nous appliquons les idées de l’holographie et de la théorie algébrique des champs quantiques pour faire la lumière sur la façon dont on peut reconstruire l’intérieur du trou noir, ainsi que sur la relation naissante entre l’intrication et la géométrie de l’espace-temps .
Dynamique hors équilibre
La dynamique quantique hors équilibre est pertinente pour un vaste éventail de problèmes, y compris la physique de la matière nucléaire primordiale hautement excitée décrite par la force forte, qui est reproduite dans les collisions ultra-énergétiques des noyaux atomiques. L’AdS/CFT nous permet de modéliser ces collisions, et a conduit à de nombreuses leçons phénoménologiques intéressantes en physique nucléaire . Au-delà des méthodes holographiques, nous simulons également des systèmes quantiques à plusieurs corps (c’est-à-dire des chaînes de spin) avec des algorithmes de réseaux tensoriels en (1+1)D pour extraire des propriétés de la dynamique de la théorie quantique des champs thermique. Nous voulons comprendre l’équilibrage dans les modèles de plasmas quark-gluon, en utilisant des idées à l’interface des réseaux tensoriels et de la physique des hautes énergies.
Autres activités
Le GQFI est engagé dans un certain nombre d’autres activités visant à favoriser la collaboration, la communication et l’intérêt général pour la physique. Nous organisons une série de séminaires virtuels hebdomadaires—un format innovant qui nous permet de diffuser une variété de conférences de chercheurs du monde entier tout en réduisant notre empreinte carbone. Les chercheurs intéressés d’autres groupes peuvent se connecter et participer de manière interactive (poser des questions, etc.), et les exposés sont ensuite publiés sur notre chaîne YouTube afin que chacun puisse les visionner librement, à tout moment. Nous organisons également un « atelier GQFI » deux fois par an ; les liens vers les événements passés se trouvent sur le côté droit de la page. En outre, les membres de notre groupe sont engagés dans diverses activités de sensibilisation, telles que des événements locaux de la Journée de la science, et un blog de recherche. Pour rester au courant des dernières nouvelles et des développements, consultez notre fil Twitter!
La plupart des publications de notre groupe peuvent être trouvées sur 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, et 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:1905.05768.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1905.05768.
. 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.