El objetivo del grupo de investigación independiente «Gravedad, campos cuánticos e información» (GQFI), dirigido por el Dr. Michal P. Heller, es explorar la fascinante interacción entre la relatividad general, la teoría cuántica de campos y la teoría cuántica de la información descubierta en los últimos años, utilizando conocimientos de la holografía (AdS/CFT), la física de muchos cuerpos, los agujeros negros, etc.
Algunas de las preguntas que motivan el GQFI son:
- ¿Podemos entender la geometría dinámica del espaciotiempo, y por tanto la propia gravedad, como un fenómeno emergente de muchos cuerpos cuánticos, en el espíritu de «It from Qubit»? Y ¿qué papel juegan en esta conexión los conceptos de información cuántica como el entrelazamiento y la complejidad?
- Se sabe que los sistemas cuánticos con muchos constituyentes son muy complejos, y requieren potentes ordenadores para simularlos. Podemos utilizar las nuevas ideas de las redes tensoriales para encontrar formas eficientes de modelar estos sistemas en un ordenador?
- Los agujeros negros son los únicos objetos conocidos en la naturaleza en los que tanto la teoría cuántica como la relatividad general son relevantes simultáneamente, y por lo tanto sirven como un verdadero «laboratorio de teóricos» para la gravedad cuántica. ¿Podemos utilizar las herramientas de la holografía y de la teoría cuántica de campos algebraicos para arrojar luz sobre estos misteriosos objetos, y quizás revelar su interior?
- ¿Cómo nos ayudan los nuevos métodos y conexiones a modelar procesos de equilibrio como los que se producen en las colisiones ultraenergéticas de núcleos atómicos en los aceleradores RHIC y LHC?
Aquí están algunos de los proyectos de investigación específicos que actualmente persigue el GQFI:
Complejidad en la teoría cuántica de campos
En el contexto de la holografía, se ha conjeturado que la noción de «complejidad» de la teoría de la información cuántica codifica ciertas cantidades gravitacionales (en particular, las relativas al espaciotiempo dentro de los agujeros negros). Los miembros de nuestro grupo han sido pioneros en el esfuerzo por precisar esta idea en las teorías cuánticas de campo, y seguimos estudiando esta nueva cantidad en una variedad de modelos.
Las redes tensoriales
Las redes tensoriales son herramientas extremadamente útiles para representar ciertos estados cuánticos, y tienen interesantes propiedades geométricas que han llevado a fructíferas analogías con la holografía. En particular, la red tensorial MERA, que es naturalmente adecuada para representar sistemas críticos 1D (descritos por CFTs), tiene una geometría 2D negativamente curvada, y se ha conjeturado que describe ciertos aspectos de la correspondencia AdS/CFT. ¿Pueden los conocimientos de la gravedad y la holografía ser útiles para reforzar esta conexión, o para diseñar redes tensoriales nuevas y más potentes para simular sistemas cuánticos complejos, por ejemplo, aprovechando los aspectos simétricos?
Estructura de enredo &flujo modular
Estamos investigando las propiedades de los hamiltonianos modulares (de enredo) para sistemas de baja dimensión . En particular, nos hemos centrado en comprender la transición de la localidad a la no localidad continua en el flujo modular. Esto puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el problema de la reconstrucción de la masa en la holografía.
Los interiores de los agujeros negros &la paradoja del cortafuegos
AdS/CFT proporciona un marco particularmente útil para investigar la paradoja del cortafuegos, un rompecabezas de 40 años de antigüedad en el centro de nuestros intentos de unificar la gravedad y la teoría cuántica. Estamos aplicando conocimientos de la holografía y de la teoría cuántica de campos algebraicos para arrojar luz sobre cómo se puede reconstruir el interior de los agujeros negros, así como la naciente relación entre el entrelazamiento y la geometría del espaciotiempo .
Dinámica fuera del equilibrio
La dinámica cuántica fuera del equilibrio es relevante para una amplia gama de problemas, incluyendo la física de la materia nuclear primordial altamente excitada descrita por la fuerza fuerte, que se reproduce en colisiones ultraenergéticas de núcleos atómicos. AdS/CFT nos permite modelar estas colisiones, y ha conducido a muchas lecciones fenomenológicas interesantes en la física nuclear . Más allá de los métodos holográficos, también simulamos sistemas cuánticos de muchos cuerpos (es decir, cadenas de espín) con algoritmos de redes tensoriales en (1+1)D para extraer propiedades de la dinámica de la teoría cuántica de campos térmica. Queremos entender el equilibrio en modelos de plasmas de quarks-gluones, utilizando ideas en la interfaz de las redes tensoriales y la física de alta energía.
Otras actividades
El GQFI participa en una serie de otras actividades destinadas a fomentar la colaboración, la comunicación y el interés general en la física. Organizamos una serie de seminarios virtuales semanales, un formato innovador que nos permite retransmitir una serie de charlas de investigadores de todo el mundo y reducir nuestra huella de carbono. Los investigadores interesados de otros grupos pueden sintonizar y participar de forma interactiva (hacer preguntas, etc.), y las charlas se publican posteriormente en nuestro canal de YouTube para que cualquiera pueda verlas libremente, en cualquier momento. También organizamos dos veces al año un «Taller GQFI» de actualidad; en la parte derecha de la página se pueden encontrar enlaces a eventos anteriores. Además, los miembros de nuestro grupo participan en diversas actividades de divulgación, como los actos locales del Día de la Ciencia, y un blog de investigación . Para mantenerse al día con las últimas noticias y desarrollos, ¡consulte nuestro feed de Twitter!
La mayoría de las publicaciones de nuestro grupo se pueden encontrar en 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, y 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.