Obiectivul grupului de cercetare independent „Gravity, Quantum Fields and Information” (GQFI), condus de dr. Michal P. Heller, este de a explora interacțiunea fascinantă dintre relativitatea generală, teoria cuantică a câmpurilor și teoria cuantică a informației, descoperită în ultimii ani, folosind cunoștințe din holografie (AdS/CFT), fizica cu multe corpuri, găuri negre și altele.
Câteva dintre întrebările motivante pentru GQFI sunt:
- Pot fi înțeleasă geometria dinamică a spațiu-timpului și, prin urmare, gravitația însăși, ca un fenomen emergent cuantic cu mai multe corpuri, în spiritul lui „It from Qubit”? Și ce rol joacă în această legătură conceptele de informație cuantică, cum ar fi entanglementul și complexitatea?
- Sistemele cuantice cu mulți constituenți sunt cunoscute ca fiind foarte complexe și necesită calculatoare puternice pentru a fi simulate. Putem folosi ideile noi din rețelele tensoriale pentru a găsi modalități eficiente de a modela aceste sisteme pe un calculator?
- Găurile negre sunt singurele obiecte cunoscute din natură în care atât teoria cuantică, cât și relativitatea generală sunt simultan relevante și, prin urmare, servesc drept un adevărat „laborator teoretic” pentru gravitația cuantică. Putem folosi instrumente din holografie și din teoria algebrică a câmpului cuantic pentru a face lumină asupra acestor obiecte misterioase și, poate, pentru a le dezvălui interiorul?
- Cum ne ajută metodele și conexiunile noi în modelarea proceselor de echilibrare precum cele care au loc în coliziunile ultraenergetice ale nucleelor atomice la acceleratoarele RHIC și LHC?
Iată câteva dintre proiectele de cercetare specifice care sunt urmărite în prezent de GQFI:
Complexitatea în teoria cuantică a câmpurilor
În contextul holografiei, s-a conchis că noțiunea de „complexitate” din teoria informației cuantice codifică anumite mărimi gravitaționale (în special cele referitoare la spațiu-timpul din interiorul găurilor negre). Membrii grupului nostru au fost pionieri în efortul de a preciza această idee în teoriile cuantice ale câmpului și continuăm studiul acestei noi cantități într-o varietate de modele.
Rețelele tensoriale
Rețelele tensoriale sunt instrumente extrem de utile pentru reprezentarea anumitor stări cuantice și au proprietăți geometrice interesante care au condus la analogii fructuoase cu holografia. În special, rețeaua tensorială MERA, care se potrivește în mod natural pentru a reprezenta sisteme critice 1D (descrise de CFT-uri), are o geometrie curbă negativă 2D și a fost conturată pentru a descrie anumite aspecte ale corespondenței AdS/CFT. Pot fi utile cunoștințele din gravitație și holografie pentru a consolida această conexiune sau pentru a proiecta noi rețele tensoriale mai puternice pentru simularea sistemelor cuantice complexe, de exemplu, profitând de aspectele simetrice ?
Structura de entanglement & fluxul modular
Investigăm proprietățile hamiltonienilor modulari (de entanglement) pentru sisteme cu dimensiuni mici . În special, ne-am concentrat pe înțelegerea tranziției de la localitate la non-localitate continuă în fluxul modular. Acest lucru poate oferi noi perspective în problema reconstrucției masive în holografie.
Interioarele găurilor negre & paradoxul firewall
AdS/CFT oferă un cadru deosebit de util pentru investigarea paradoxului firewall , o enigmă veche de 40 de ani care se află în centrul încercărilor noastre de a unifica gravitația și teoria cuantică. Aplicăm cunoștințe din holografie și din teoria algebrică cuantică a câmpurilor pentru a pune în lumină modul în care se poate reconstrui interiorul găurii negre, precum și relația incipientă dintre entanglement și geometria spațiu-timpului .
Dinamica non-echilibrului
Dinamica cuantică departe de echilibru este relevantă pentru o gamă largă de probleme, inclusiv pentru fizica materiei nucleare primordiale foarte excitate, descrisă de forța puternică, care este reprodusă în coliziunile ultraenergetice ale nucleelor atomice. AdS/CFT ne permite să modelăm aceste coliziuni și a condus la multe lecții fenomenologice interesante în fizica nucleară. Dincolo de metodele holografice, simulăm, de asemenea, sisteme cuantice cu multe corpuri (de exemplu, lanțuri de spin) cu algoritmi de rețele tensoriale în (1+1)D pentru a extrage proprietăți ale dinamicii teoriei cuantice a câmpurilor termice. Dorim să înțelegem echilibrarea în modelele de plasme quark-gluon, folosind idei de la interfața dintre rețelele tensoriale și fizica energiilor înalte.
Alte activități
GQFI este implicat într-o serie de alte activități menite să promoveze colaborarea, comunicarea și interesul general în fizică. Organizăm o serie de seminarii virtuale săptămânale – un format inovator care ne permite să transmitem o varietate de discuții de la cercetători din întreaga lume, reducând în același timp amprenta noastră de carbon. Cercetătorii interesați din alte grupuri pot să se conecteze și să participe interactiv (să pună întrebări etc.), iar discuțiile sunt ulterior postate pe canalul nostru YouTube, astfel încât oricine le poate viziona liber, oricând. De asemenea, găzduim un „Atelier GQFI” de actualitate de două ori pe an; linkurile către evenimentele anterioare pot fi găsite în partea dreaptă a paginii. În plus, membrii grupului nostru sunt implicați în diverse activități de informare, cum ar fi evenimente locale de Ziua Științei, precum și un blog de cercetare . Pentru a fi la curent cu cele mai recente știri și evoluții, consultați fluxul nostru Twitter!
Majoritatea publicațiilor grupului nostru pot fi găsite pe INSPIRE-HEP.
H. A. Camargo, M. P. Heller, 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:1905.05768.
P. Fries, I. A. Reyes. 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.