Het doel van de onafhankelijke onderzoeksgroep “Gravity, Quantum Fields and Information” (GQFI), geleid door dr. Michal P. Heller, is het verkennen van de fascinerende wisselwerking tussen algemene relativiteit, kwantumveldentheorie en kwantuminformatietheorie die in de afgelopen jaren aan het licht is gekomen, met gebruikmaking van inzichten uit holografie (AdS/CFT), veellichamelijke fysica, zwarte gaten, en meer.
Enkele van de motiverende vragen voor GQFI zijn:
- Kunnen we de dynamische geometrie van ruimtetijd, en daarmee de zwaartekracht zelf, begrijpen als een emergent kwantum-veel-lichamelijk verschijnsel, in de geest van “It from Qubit”? En welke rol spelen kwantuminformatieconcepten zoals verstrengeling en complexiteit in dit verband?
- Het is bekend dat kwantumsystemen met veel constituenten zeer complex zijn, en krachtige computers vereisen om te simuleren. Kunnen we nieuwe ideeën uit tensornetwerken gebruiken om efficiënte manieren te vinden om deze systemen op een computer te modelleren?
- Zwarte gaten zijn de enige bekende objecten in de natuur waarin zowel de kwantumtheorie als de algemene relativiteit tegelijkertijd relevant zijn, en dienen daarom als een waar “theoretisch laboratorium” voor kwantumzwaartekracht. Kunnen we hulpmiddelen uit de holografie en de algebraïsche kwantumveldentheorie gebruiken om licht te werpen op deze mysterieuze objecten, en misschien hun inwendige onthullen?
- Hoe helpen nieuwe methoden en verbanden ons bij het modelleren van evenwichtsprocessen zoals die zich voordoen bij ultra-energetische botsingen van atoomkernen in RHIC- en LHC-versnellers?
Hier volgen enkele van de specifieke onderzoeksprojecten die momenteel door het GQFI worden uitgevoerd:
Complexiteit in kwantumveldentheorie
In de context van de holografie is het kwantum-informatietheoretische begrip “complexiteit” verondersteld bepaalde gravitatiegrootheden te coderen (met name die welke betrekking hebben op de ruimtetijd binnen zwarte gaten). Leden van onze groep hebben baanbrekend werk verricht om dit idee te preciseren in kwantumveldentheorieën, en wij zetten de studie van deze nieuwe grootheid in een verscheidenheid van modellen voort.
Tensornetwerken
Tensornetwerken zijn uiterst nuttige hulpmiddelen om bepaalde kwantumtoestanden voor te stellen, en hebben interessante meetkundige eigenschappen die hebben geleid tot vruchtbare analogieën met de holografie. In het bijzonder het MERA tensornetwerk, dat van nature geschikt is om 1D kritische systemen (beschreven door CFTs) voor te stellen, heeft een 2D negatief gekromde geometrie, en er wordt verondersteld dat het bepaalde aspecten van de AdS/CFT correspondentie kan beschrijven. Kunnen inzichten uit de zwaartekracht en de holografie nuttig zijn om dit verband te versterken, of om nieuwe, krachtigere tensornetwerken te ontwerpen voor het simuleren van complexe kwantumsystemen, bv. door gebruik te maken van symmetrische aspecten ?
Entanglementstructuur & modulaire stroming
Wij onderzoeken de eigenschappen van modulaire (entanglement) Hamiltonianen voor laagdimensionale systemen . In het bijzonder hebben we ons gericht op het begrijpen van de overgang van lokaliteit naar continue niet-lokaliteit in de modulaire stroom. Dit kan nieuwe inzichten verschaffen in het probleem van bulkreconstructie in holografie.
Black hole interiors & the firewall paradox
AdS/CFT biedt een bijzonder nuttig raamwerk voor het onderzoeken van de firewall paradox , een 40 jaar oude puzzel in het hart van onze pogingen om zwaartekracht en kwantumtheorie te verenigen. Wij passen inzichten van holografie en algebraïsche kwantumveldentheorie toe om licht te werpen op hoe men het zwarte gat interieur kan reconstrueren, evenals de ontluikende relatie tussen verstrengeling en ruimtetijd geometrie.
Niet-evenwichtsdynamica
Kwantumdynamica buiten evenwicht is relevant voor een breed scala van problemen, waaronder de fysica van zeer geëxciteerde primordiale nucleaire materie beschreven door de sterke kracht, die wordt gereproduceerd in ultra-energetische botsingen van atoomkernen. AdS/CFT stelt ons in staat om deze botsingen te modelleren, en heeft geleid tot vele interessante fenomenologische lessen in de kernfysica. Naast holografische methoden, simuleren we ook kwantumveellichamensystemen (i.e. spin-ketens) met tensornetwerken algoritmen in (1+1)D om eigenschappen van thermische kwantumveldentheorie dynamica te extraheren. We willen equilibratie begrijpen in modellen van quark-gluon plasma’s, gebruikmakend van ideeën op het raakvlak van tensornetwerken en hoge-energiefysica.
Andere activiteiten
Het GQFI is betrokken bij een aantal andere activiteiten ter bevordering van de samenwerking, communicatie, en de algemene belangstelling voor de fysica. Wij organiseren een reeks wekelijkse virtuele seminars – een innovatief formaat dat ons in staat stelt een verscheidenheid aan lezingen van onderzoekers over de hele wereld uit te zenden en tegelijkertijd onze koolstofvoetafdruk te verkleinen. Geïnteresseerde onderzoekers van andere groepen kunnen afstemmen en interactief deelnemen (vragen stellen, enz.), en de lezingen worden vervolgens op ons YouTube-kanaal geplaatst zodat iedereen ze vrij kan bekijken, op elk moment. We organiseren ook twee keer per jaar een actuele “GQFI Workshop”; links naar eerdere evenementen vindt u aan de rechterkant van de pagina. Daarnaast houden leden van onze groep zich bezig met diverse outreach-activiteiten, zoals lokale Wetenschapsdag-evenementen, en een onderzoeksblog . Om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws en ontwikkelingen, bekijk dan onze Twitter feed!
De meeste publicaties van onze groep zijn te vinden op 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. 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.