Celem niezależnej grupy badawczej „Gravity, Quantum Fields and Information” (GQFI), kierowanej przez dr. Michała P. Hellera, jest zbadanie fascynującego wzajemnego oddziaływania pomiędzy ogólną teorią względności, kwantową teorią pola i kwantową teorią informacji, odkrytego w ostatnich latach, przy użyciu spostrzeżeń z holografii (AdS/CFT), fizyki wielu ciał, czarnych dziur i innych.
Kilka pytań motywujących GQFI to:
- Czy możemy zrozumieć dynamiczną geometrię czasoprzestrzeni, a więc i samą grawitację, jako emergentne zjawisko kwantowo-wielociałowe, w duchu „It from Qubit”? I jaką rolę odgrywają w tym związku koncepcje informacji kwantowej, takie jak splątanie i złożoność?
- Układy kwantowe z wieloma składnikami są znane jako bardzo złożone i wymagają potężnych komputerów do symulacji. Czy możemy wykorzystać nowe pomysły z sieci tensorowych do znalezienia efektywnych sposobów modelowania tych systemów na komputerze?
- Czarne dziury są jedynymi znanymi obiektami w przyrodzie, w których zarówno teoria kwantowa, jak i ogólna teoria względności są jednocześnie istotne i dlatego służą jako prawdziwe „laboratorium teoretyków” dla kwantowej grawitacji. Czy możemy użyć narzędzi z holografii i algebraicznej kwantowej teorii pola, aby rzucić światło na te tajemnicze obiekty i być może ujawnić ich wnętrze?
- Jak nowe metody i połączenia pomagają nam w modelowaniu procesów wyrównywania, takich jak te zachodzące w ultra-energetycznych zderzeniach jąder atomowych w akceleratorach RHIC i LHC?
Oto niektóre z konkretnych projektów badawczych realizowanych obecnie przez GQFI:
Złożoność w kwantowej teorii pola
W kontekście holografii, kwantowe pojęcie „złożoności” (quantum information-theoretic notion of „complexity”) zostało uznane za kodujące pewne wielkości grawitacyjne (w szczególności te odnoszące się do czasoprzestrzeni wewnątrz czarnych dziur). Członkowie naszej grupy podjęli pionierskie wysiłki w celu uściślenia tej idei w kwantowych teoriach pola, a my kontynuujemy badania tej nowej wielkości w różnych modelach.
Sieci tensorowe
Sieci tensorowe są niezwykle użytecznymi narzędziami do reprezentowania pewnych stanów kwantowych i mają interesujące własności geometryczne, które doprowadziły do owocnych analogii z holografią. W szczególności, sieć tensorowa MERA, która naturalnie nadaje się do reprezentowania 1D układów krytycznych (opisywanych przez CFT), ma 2D ujemnie zakrzywioną geometrię i przypuszczalnie opisuje pewne aspekty korespondencji AdS/CFT. Czy spostrzeżenia z grawitacji i holografii mogą być przydatne do wzmocnienia tego związku, lub do zaprojektowania nowych, bardziej wydajnych sieci tensorowych do symulacji złożonych układów kwantowych, np. poprzez wykorzystanie aspektów symetrycznych?
Struktura splątania &przepływ modularny
Badamy własności Hamiltonianów modularnych (splątania) dla układów niskowymiarowych. W szczególności, skupiliśmy się na zrozumieniu przejścia od lokalności do ciągłej nielokalności w przepływie modularnym. Może to dostarczyć nowego wglądu w problem rekonstrukcji objętości w holografii.
Wnętrza czarnych dziur ¶doks ściany ogniowej
AdS/CFT dostarcza szczególnie użytecznych ram do badania paradoksu ściany ogniowej , 40-letniej zagadki w sercu naszych prób unifikacji grawitacji i teorii kwantowej. Stosujemy spostrzeżenia z holografii i algebraicznej kwantowej teorii pola, aby rzucić światło na to, jak można zrekonstruować wnętrze czarnej dziury, a także na rodzący się związek pomiędzy splątaniem a geometrią czasoprzestrzeni.
Dynamika nie-równowagowa
Dynamika kwantowa poza równowagą jest istotna dla szerokiej gamy problemów, włączając w to fizykę wysoko wzbudzonej pierwotnej materii jądrowej opisanej przez siłę silną, która jest odtwarzana w ultra-energetycznych zderzeniach jąder atomowych. AdS/CFT pozwala nam modelować te zderzenia i doprowadziło do wielu interesujących fenomenologicznych wniosków w fizyce jądrowej. Poza metodami holograficznymi, symulujemy również kwantowe układy wielu ciał (np. łańcuchy spinowe) za pomocą algorytmów sieci tensorowych w (1+1)D, aby wydobyć własności dynamiki termicznej kwantowej teorii pola. Chcemy zrozumieć equilibrację w modelach plazm kwarkowo-gluonowych, używając pomysłów na styku sieci tensorowych i fizyki wysokich energii.
Inne działania
GQFI jest zaangażowane w szereg innych działań mających na celu dalszą współpracę, komunikację i ogólne zainteresowanie fizyką. Prowadzimy serię cotygodniowych wirtualnych seminariów – innowacyjny format, który pozwala nam transmitować różne wykłady naukowców z całego świata, jednocześnie zmniejszając nasz ślad węglowy. Zainteresowani naukowcy z innych grup mogą słuchać i uczestniczyć interaktywnie (zadawać pytania, itp.), a wykłady są następnie umieszczane na naszym kanale YouTube, aby każdy mógł je obejrzeć w dowolnym czasie. Dwa razy do roku organizujemy również tematyczne „Warsztaty GQFI”; linki do poprzednich wydarzeń można znaleźć po prawej stronie strony. Dodatkowo, członkowie naszej grupy są zaangażowani w różne działania zewnętrzne, takie jak lokalne wydarzenia w ramach Dnia Nauki oraz blog badawczy. Aby być na bieżąco z najnowszymi wiadomościami i osiągnięciami, sprawdź nasz kanał na Twitterze!
Większość publikacji naszej grupy można znaleźć na 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. Spaliński, Rep. Prog. Phys. 81, 4 (2017), arXiv:1707.02282.