Gravity, Quantum Fields and Information | Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)

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 &paradoks 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.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.