Κβαντική θεωρία πληροφοριών: Κβαντικό σύμπλεγμα

εικόνα: Οι μαύρες τρύπες και οι σκουληκότρυπες στο σύμπαν είναι πολλά πολύπλοκα σωματικά συστήματα και απαιτούν βαθύτερη κατανόηση του χώρου, του χρόνου, της βαρύτητας και της κβαντικής φυσικής.
Γνώμη περισσότερο

Πίστωση: Trahko/132658940/stock.adobe.com

«Βρήκαμε μια εκπληκτικά απλή λύση σε ένα σημαντικό πρόβλημα της φυσικής», λέει ο καθηγητής Jens Isert, θεωρητικός φυσικός στο Freie Universität Berlin και στο HZB. «Τα αποτελέσματά μας παρέχουν μια σταθερή βάση για την κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων των χαοτικών κβαντικών συστημάτων, από τις μαύρες τρύπες έως τα πολύπλοκα συστήματα πολλαπλών σωμάτων», προσθέτει ο Isert.

Χρησιμοποιώντας μόνο στυλό και χαρτί, δηλαδή με καθαρή ανάλυση, οι φυσικοί από το Βερολίνο Jonas Haverkamp, ​​Philip Weiss, Naga Kothakunda και Jens Isert, μαζί με τη Nicole Younger Halpern (τώρα Harvard, MD), κατάφεραν να αποδείξουν μια εικασία που έχει σημαντικές επιπτώσεις για σύνθετο κβαντικό. Πολλά συστήματα του σώματος. «Αυτό παίζει ρόλο, για παράδειγμα, όταν θέλετε να περιγράψετε το μέγεθος των μαύρων τρυπών ή ακόμα και των σκουληκότρυπων», εξηγεί ο Jonas Haverkamp, ​​διδακτορικός φοιτητής στην ομάδα Eisert και πρώτος συγγραφέας της ερευνητικής εργασίας.

Πολύπλοκα κβαντικά συστήματα πολλών αντικειμένων μπορούν να ανακατασκευαστούν με κυκλώματα των λεγόμενων κβαντικών qubits. Ωστόσο, το ερώτημα είναι: Πόσες αρχικές ενέργειες χρειάζονται για να προετοιμαστεί η επιθυμητή κατάσταση; Εξωτερικά, φαίνεται ότι αυτό το ελάχιστο των λειτουργιών – η πολυπλοκότητα του συστήματος – αυξάνεται συνεχώς. Οι φυσικοί Adam Brown και Leonard Susskind του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ διατύπωσαν αυτή τη διαίσθηση ως μια μαθηματική εικασία: η κβαντική πολυπλοκότητα ενός συστήματος πολλαπλών σωματιδίων πρέπει πρώτα να αυξάνεται γραμμικά για αστρονομικά μεγάλες περιόδους και στη συνέχεια – για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα – να παραμείνει σε μια κατάσταση εξαιρετικής πολυπλοκότητας . Η εικασία τους προκλήθηκε από τη συμπεριφορά των θεωρητικών σκουληκότρυπων, οι οποίες φαίνεται να αυξάνονται γραμμικά σε μέγεθος για μια μακρά, ακαθόριστη περίοδο. Στην πραγματικότητα, εικάζεται επίσης ότι η πολυπλοκότητα και το μέγεθος των σκουληκότρυπων είναι η ίδια ποσότητα από δύο διαφορετικές οπτικές γωνίες. “Αυτή η επανάληψη της περιγραφής ονομάζεται επίσης ολογραφική αρχή και είναι μια σημαντική προσέγγιση για την ενοποίηση της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας. Η εικασία των Brown και Susskind για την αύξηση της πολυπλοκότητας μπορεί να θεωρηθεί ως μια λογική εξέταση ιδεών για την ολογραφική αρχή”, εξηγεί ο Haverkamp.

Η ομάδα έχει τώρα δείξει ότι η κβαντική πολυπλοκότητα των τυχαίων κυκλωμάτων πράγματι αυξάνεται γραμμικά με την πάροδο του χρόνου μέχρι να κορεστεί σε ένα εκθετικό χρονικό σημείο του μεγέθους του συστήματος. Τέτοια τυχαία κυκλώματα είναι ένα ισχυρό μοντέλο για τη δυναμική των συστημάτων πολλαπλών σωμάτων. Η δυσκολία απόδειξης της εικασίας προκύπτει από το γεγονός ότι είναι δύσκολο να αποκλειστεί η ύπαρξη «συντομεύσεων», δηλαδή τυχαίων κυκλωμάτων πολύ μικρότερης πολυπλοκότητας από την αναμενόμενη. “Η απόδειξή μας είναι ένας εκπληκτικός συνδυασμός μεθόδων από τη γεωμετρία και εκείνων από την κβαντική θεωρία πληροφοριών. Αυτή η νέα προσέγγιση καθιστά δυνατή την επίλυση εικασιών για τη συντριπτική πλειονότητα των συστημάτων χωρίς να χρειάζεται να αντιμετωπίσουμε το γνωστό δύσκολο πρόβλημα μεμονωμένων καταστάσεων”, λέει ο Haverkamp.

«Δουλεύοντας μέσα Φυσική της Φύσης Είναι μια μεγάλη διάκριση για ένα διδακτορικό», προσθέτει ο νεαρός φυσικός, ο οποίος θα αναλάβει θέση στο Χάρβαρντ στο τέλος του έτους. Ως μεταδιδάκτορας, μπορεί να συνεχίσει την έρευνά του εκεί, κατά προτίμηση με τον κλασικό τρόπο χρησιμοποιώντας στυλό και χαρτί και με τη σειρά του με τα καλύτερα μυαλά στη θεωρητική φυσική .


Αποποίηση ευθυνών: AAAS και EurekAlert! δεν φέρει ευθύνη για την ακρίβεια των ενημερωτικών δελτίων που αποστέλλονται στο EurekAlert! Μέσω των συνεισφερόντων ιδρυμάτων ή για χρήση οποιασδήποτε πληροφορίας μέσω του συστήματος EurekAlert.

READ  Ο Ερμής βρίσκεται σε ένα μοναδικό σημείο στην τροχιά του - εδώ μπορείτε να το δείτε

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *