博士率いる独立研究グループ「重力、量子場、情報」（GQFI）の目的は以下のとおりです。 ホログラフィー（AdS/CFT）、多体系物理学、ブラックホールなどの知見から、近年明らかになった一般相対性理論、場の量子論、量子情報理論の興味深い相互作用を探求しています。
GQFIの動機となる疑問は以下のとおりです。
- 時空の力学的幾何学、ひいては重力そのものを、「キュービットからのそれ」のような、量子多体系の創発現象として理解できないか。 また、この関連でエンタングルメントや複雑性などの量子情報概念はどのような役割を果たすのでしょうか。
- 多くの構成要素を持つ量子系は非常に複雑であることが知られており、シミュレーションを行うには強力なコンピュータが必要です。 テンソルネットワークからの新しいアイデアで、コンピュータ上でこれらの系をモデル化する効率的な方法を見つけることができるだろうか？
- ブラックホールは自然界で唯一、量子論と一般相対論の両方が同時に関係する天体として知られており、量子重力の真の「理論家の実験室」としての役割を果たしています。 ホログラフィーや代数的場の量子論の道具を使って、この不思議な天体に光を当て、その内部を明らかにすることはできないだろうか。
- RHIC や LHC の加速器での原子核の超高エネルギー衝突で起こるような平衡化過程のモデリングに、新しい手法や接続はどのように役立つのでしょうか。
現在、GQFIが進めている具体的な研究プロジェクトを紹介します。
場の量子論における複雑性
ホログラフィーの文脈では、量子情報理論的な「複雑さ」の概念が、ある種の重力量（特にブラックホール内部の時空に関するもの）を符号化すると予想されています。 私たちのグループのメンバーは、この考えを場の量子論で正確にする努力を先駆けて行い、さまざまなモデルでこの新しい量の研究を続けている。
Tensor networks
Tensor networks は特定の量子状態を表すのに非常に役立つツールで、ホログラフィとの有益な類似につながる興味深い幾何学的特性を備えている。 特にMERAテンソルネットワークは1次元臨界系（CFTで記述）を表現するのに適しているが、2次元の負曲線幾何学を持っており、AdS/CFT対応のある側面を記述すると推測されている。 重力とホログラフィーからの洞察は、このつながりを強化するために、あるいは、対称的な側面を利用するなどして、複雑な量子システムをシミュレーションするための新しい、より強力なテンソルネットワークを設計するために役立つだろうか？
Entanglement structure & modular flow
我々は低次元システムに対するモジュラー（絡み合い）ハミルトニアンの特性を調べている … 続きを読む 特に、モジュラーフローにおける局所性から連続的非局所性への移行を理解することに重点を置いている。 このことは、ホログラフィーにおけるバルク再構成の問題に新しい洞察を与えるかもしれない。
ブラックホール内部 &ファイアウォール・パラドックス
AdS/CFTは、重力と量子論の統一を試みる我々の中心で40年来の謎であるファイアウォール・パラドックスを調べるのに特に役立つ枠組みである。 また、ホログラフィーや代数的場の量子論からの洞察を応用して、ブラックホール内部の再構成の仕方や、エンタングルメントと時空間の幾何学との新奇な関係にも光を当てている。
非平衡ダイナミクス
平衡から離れた量子ダイナミクスは、原子核の超高速衝突で再現される強い力によって記述される高励磁原始核物質の物理など、多くの問題に関連しています。 AdS/CFTは、これらの衝突をモデル化することを可能にし、原子核物理学における多くの興味深い現象的教訓をもたらしました。 また、ホログラフィックな手法にとどまらず、量子多体系（スピン鎖など）を(1+1)Dのテンソルネットワークアルゴリズムでシミュレーションし、熱量子場理論のダイナミクスの特性を引き出しています。 私たちは、テンソルネットワークと高エネルギー物理学の接点にあるアイデアを用いて、クォークグルーオンプラズマのモデルにおける平衡化を理解したいと考えています。
その他の活動
GQFIは、協力、コミュニケーション、物理学への一般的な興味を促進することを目的として、その他の多くの活動に従事している。 毎週1回、バーチャルセミナーを開催しています。これは、世界中の研究者の様々な講演を、二酸化炭素排出量を減らしながら放送することができる革新的な形式です。 他のグループの研究者は、このセミナーに参加し、質問するなどして双方向に交流することができます。 また、年2回「GQFIワークショップ」を開催しており、ページ右側に過去のイベントへのリンクがあります。 このほかにも、サイエンス・デーや研究ブログなど、さまざまなアウトリーチ活動も行っています。 最新のニュースや開発状況を知りたい方は、Twitterをチェックしてみてください！
私たちのグループの出版物のほとんどは、INSPIRE-HEPで見ることができます。 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. Bernen, I. A. Reyes, arXiv:1805.07075.
S Singh, NA McMahon, and GK Brennen, Physical Review D 97, 026013(2018), arXiv:1702.0707.
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.