拟议的深空量子实验将能够探索相对论效应很重要的领域的量子信息问题。在本文中,我们认为,将量子信息论适当扩展到相对论领域需要用量子场论 (QFT) 概念来表达所有信息概念。这项任务需要一个可行的 QFT 测量理论。我们提出了构建这种理论的基本问题,特别是与 QFT 基础中长期存在的因果关系和局部性问题有关的问题。最后,我们介绍了正在进行的量子时间概率计划,用于构建一种测量理论,该理论 (i) 原则上适用于任何 QFT,(ii) 允许对所有相关的因果关系和局部性问题进行第一性原理研究,以及 (iii) 它可以直接应用于当前感兴趣的实验。
通常,人们会这样写 QFT = QM + SR。物理学家们说这番话时,已经积累了近一个世纪的经验,他们为此感到困惑和痛苦,因为他们建立的描述物理现象的理论存在局限性。在学习这门学科时,人们看到的是一个往往毫无动机的精致产品,一个可以工作的大黑匣子。因此,当人们在搅动 QFT 这个重型机器以产生一些合理的结果时,很难理解我们为什么需要它。例如,我们为什么需要场?但 QFT 并不是为了抽象而抽象,如果有一个更简单的理论来描述粒子物理学,我们早就找到了它。鉴于此,今天我想首先明确说明为什么量子力学本身无法描述非常小尺度的物理学。
4 正则量化:玻色子 17 4.1 海森堡群及其表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
物理学中最为成熟的两个理论框架是广义相对论和量子场论。广义相对论认为,与刚性背景相反,时空本身是一个动态实体,它与存在于其中的物质相互作用。另一方面,量子场论声称,我们与之相互作用的所有基本粒子实际上都是场的量化激发。这两种理论都经受住了实验的考验,精度令人难以置信;然而,它们都存在概念问题,这表明还有我们尚未发现的更深层次的理论。广义相对论在模拟从苹果掉落到宇宙膨胀等现象方面非常成功,但它也预测了自身的失败:时空奇点不可避免地由恒星坍缩形成,此时曲率变为无限大。另一方面,量子场论受到无限性的困扰更为严重。许多表达式仅以形式表达式的形式存在,尽管可以通过重正化方案消除一些分歧,但我们仍然对量子场论作为自然基本描述的真正有效性产生了质疑。除此之外,尽管广义相对论和量子场论是两种经过最精确测试的理论,但它们是由不相容的数学框架构建的,因此不可能同时成立。还有其他更微妙的问题,例如黑洞信息悖论,它促使我们重新审视我们目前可用的理论。
量子场论是理论物理学许多分支的重要工具。在基础物理学中,量子场论框架结合了狭义相对论和量子力学,以解释物质的亚原子结构和早期宇宙的物理学。在凝聚态物理学中,它提供了多体系统的量子描述。量子场论的第一门课程包括经典场论的介绍、欧拉-拉格朗日方程和诺特定理、狄拉克和克莱因-戈登方程、自由标量、矢量和旋量场的量化;以及从协变微扰理论、S 矩阵和费曼图中选取的一系列主题;量子电动力学中基本过程的计算;相变的场论方法;经典临界性的降维;低维系统中的临界指标;非线性 sigma 模型和拓扑解。
知识与理解:理解场间相互作用的概念 应用知识与理解:在不同物理模型中实现场的相互作用 做出判断:能够独立进行量子场论的研究 沟通能力:能够正确表达所学知识 终身学习技能:能够独立学习课本和科学文献 课程内容概要 了解量子场论的基本概念。将这些知识应用于物理模型
最近有人提出,嘈杂的中型量子计算机可用于优化经典计算机上格子量子场论 (LQFT) 计算的插值算子构造。这里,开发并实施了该方法的两种具体实现。第一种方法是最大化插值算子作用于真空状态与目标本征态所创建状态的重叠或保真度。第二种方法是最小化插值状态的能量期望值。这些方法在 (1 + 1) 维中针对单一味大质量 Schwinger 模型的概念验证计算中实现,以获得理论中矢量介子状态的量子优化插值算子构造。虽然在没有量子门误差噪声的情况下,保真度最大化是更好的选择,但在概念验证计算中,能量最小化对这些影响更具鲁棒性。这项工作具体展示了中期量子计算机如何用于加速经典 LQFT 计算。
摘要:在我们问什么是量子引力理论之前,我们有一个合理的追求,即在弯曲时空中制定一个稳健的量子场论 (QFTCS)。几十年来,一些概念问题,尤其是幺正性损失(纯态演变为混合态),引起了人们的关注。在本文中,我们承认时间是量子理论中的一个参数,这与它在广义相对论 (GR) 背景下的地位不同,我们从“量子优先方法”入手,提出了一种基于离散时空变换的 QFTCS 新公式,这提供了一种实现幺正性的方法。我们基于离散时空变换和几何超选择规则,用直接和 Fock 空间结构重写了 Minkowski 时空中的 QFTCS。将此框架应用于德西特 (dS) 时空中的 QFTCS,我们阐明了这种量化方法如何符合幺正性和观察者互补原理。然后,我们评论了对德西特时空中状态散射的理解。此外,我们简要讨论了 QFTCS 方法对未来量子引力研究的影响。
在量子场论中,由于任意短距离的关联,EE 是一个紫外发散量,计算它需要引入调节器。对于自由量子场论中的有趣状态,可以使用高斯技术 [9–13] 来实现这一点,而二维共轭场论中的闭式结果和可处理的极限则来自于将其构造为主要算符的关联函数的解析延拓 [14–19],而在两个时空维度中,也可以使用张量网络技术来有效地计算 EE [20, 21]。在强耦合全息量子场论中,计算它归结为寻找最小曲面的几何问题 [22–25]。作为量子论量,它是全局纯态中 A 和 ¯ A 之间纠缠的可靠度量。在本研究中,我们将关注作为格点模型长距离极限出现的共形场论 (CFT),紫外截止将由间距为 δ 的底层格点提供。同时,我们将对考虑由两部分 A 和 B 组成的子系统的简化密度矩阵的情况感兴趣。在这种情况下要考虑的一个量是互信息 (MI),以 EE 定义为
