信息:armida.sodo@uniroma3.it;antonio.benedetto@uniroma3.it 从量子理论的角度理解引力的基本性质是理论物理学中一个重要的未决问题。最近,引力量子系统的研究,例如在位置的量子叠加中准备的、以引力场为源的大规模量子系统,引起了广泛关注:实验正在努力在实验室中实现这种场景,测量与量子源相关的引力场有望提供有关引力量子方面的一些信息。然而,关于这些实验可以得出关于引力性质的确切结论,仍然存在一些悬而未决的问题,例如,这种状态下的实验是否能够测试引力场的更多部分。在我的演讲中,我将举例说明量子信息工具(例如通信协议)如何有助于在低能(思想)实验中识别引力的量子方面。然后,我将讨论需要对当前悬而未决的问题给出可靠答案的理论研究方向。 TEAMS 链接:https://teams.microsoft.com/l/meetup-join/19%3a8f9ec19800e7467ab9bae6e627dfcb21%40thread.tacv2/1705662207480?context=%7b%22Tid%22 %3a%22ffb4df68-f464-458c-a546-00fb3af66f6a%22%2c%22Oid%22%3a%2234c00d0e-4085-4def-be95-f11f6239bc3d%22%7d
最近,一类用于检测引力非经典性的实验被提出 [1, 2]。这开辟了一种令人兴奋的可能性:通过测量两个量子探针上引力引起的纠缠,间接探测引力相互作用的非经典性,可以探测到引力中的量子效应。在本文中,我们重点介绍这类实验的理论基础。这些实验基于这样一个事实:如果系统 M(例如引力)可以通过局部相互作用使两个量子系统 QA 和 QB(例如两个质量)纠缠,则 M 一定是非经典的。我们所说的非经典,非正式的意思是,介质 M 必须至少具有两个不能同时以任意高精度测量的变量(即通过相同的测量系统)。这大致就是量子理论中“互补性”的含义,下面将对其进行正式定义。如果 M 遵循量子理论,上述事实可直接从局部操作和经典通信 (LOCC) 定理 [3] 得出:退相干信道不能通过局部操作使两个其他量子系统纠缠。为了将这些定理应用于引力的情况,人们必须假设它遵循量子理论;因此,基于这一假设的实验将测试引力是否具有一定的相干性,从而允许在一定尺度之外出现一些大规模叠加。[1] 中的论证和相关提议 [4, 5] 遵循这种论证思路,并将其推广到不能直接测量介质的量子可观测量的情况。然而,提议的实验旨在探索介质 M 可能遵循或不遵循量子理论的情况(例如引力)。因此,为了为提议的测试提供充分的理论基础,需要在限制较少的假设下证明上述事实,而不完全假设量子理论。 [2, 6] 中提出了一个更具普遍性的论点,不假设介体具有量子动力学的所有性质。
目前,人们对全球气候变化深感忧虑,同时,世界各地的人们也开始意识到减少温室气体排放的必要性。这引起了人们对潮汐能等替代能源发电的关注。潮汐能是一种可持续能源,它是由月球和太阳对地球的引力与地球和月球相互旋转产生的离心力相互作用,导致海洋包层周期性变化而产生的 [1]。由于它们各自的质量和与地球的距离,产生的潮汐力大小约为太阳的 32% 和月球的 68%。这表明月球对地球施加的引力大于太阳的引力。由于地球和月球之间的距离较小,月球对地球的引力大约是太阳的 2.125 倍 [2]。由于引力的作用,地球靠近月球的一侧产生的水量较大。同时,由于地月系统自转产生的离心力,又产生了一个水凸起,但这里的水凸起是在地球离月球最远的一侧产生的。现在由于地球周围的两种力而产生了一个合成凸起,如图 1 和图 2 所示。
局域性无疑是量子理论和广义相对论不可分割的一部分。另一方面,像 AdS/CFT 这样的全息理论意味着,在边界理论中,体量子引力自由度被编码在空间无穷远处。尽管这种说法是在非微扰层面上的说法,但在量子引力的微扰极限中,这种性质仍然存在。这主要是由于引力高斯定律,它使我们无法定义严格的局部算子。由于在描述中包含引力要求理论在坐标变换下不变,因此物理算子需要是微分同胚不变的。高斯定律实现的这一条件要求算子被修饰到边界,并包含一个延伸到无穷远处的引力版本的威尔逊线,因此要求它们是非局部的。为了解决这一矛盾,我们提出了候选算子,它们可以绕过这一要求,同时在 AdS/CFT 环境中具有局部和微分同胚不变性。这些算子仍然满足引力高斯定律的一个版本,因为它们被解释为相对于状态的特征进行修饰。因此,这些算子所定义的状态是破坏理论对称性并具有“特征”的状态。这些状态通常是具有大方差的高能状态,对应于块体中非平凡的半经典几何。该提议还将有助于解决有关岛屿提议的悖论。此外,这使得人们能够在微扰量子引力中更具体地讨论子区域、其相关子系统和信息局部化。在第二部分中,我们将主要关注称为 AdS-Rindler 楔形的块体子区域。我们将使用从量子信息和量子计算界借用而来的 Petz 映射,从其边界对偶子区域明确地重建该体子区域。这与先前关于体子区域重建的猜想以及由于引力的量子误差校正性质,Petz 映射可用于重建纠缠楔的提议相一致。此外,我们精确研究了 AdS Rindler 楔中的算子代数,包括体和边界对偶。使用交叉积构造和一种新的重正化 Ryu Takayanagi 表面的方法,我们展示了如何通过包括引力校正将代数修改为更易于管理的代数,我们可以在其中定义密度矩阵和冯诺依曼熵。最后,在存在引力相互作用的情况下,我们研究了一般背景下算子代数的一种特殊表示,称为协变表示。这种表示将从物理角度阐明交叉乘积构造的含义。
其中 ¯E 和 ω 分别是状态 i 和 j 的平均能量和能量差。矩阵 R ij 由无规则的一阶数组成,这些数在统计上具有零均值和单位方差。在任何具有固定哈密顿量的给定量子系统中,它们都是通过对哈密顿量进行对角化获得的确定数。然而,对于计算高能态简单算子的少点相关函数而言,这些微观细节是无关紧要的,将 R ij 视为真随机变量即可。这种随机性与量子混沌系统与随机矩阵理论之间的联系紧密相关(详情见[3])。通过全息对偶性,引力物理学对混沌量子系统随机性有了新的认识[4]。如果手头的混沌量子系统是一个大 N 、强耦合的共形场论(即全息 CFT),边界量子系统的热化与引力对偶中的黑洞形成有关 [ 5 – 8 ] 。事实上,这两个过程中明显的幺正性丧失是密切相关的,理解其中一个将有助于理解另一个。事实上,正是出于这个原因,量子热化已经在全息摄影的背景下进行了讨论(例如参见 [ 9 – 20 ] )。
5 MB 能否控制电子比特? 17 5.1 比特必须满足什么条件?....................................................................................................................................................................18 5.1.1 与引力普朗克常数、基本生物节律、膜电位和代谢能量货币有关的奇怪巧合 ..................................................................................................................................18 5.1.2 关于基于量子引力的图片中时钟频率的解释?....................................................................................................................................................................18 5.1.2 关于基于量子引力的图片中时钟频率的解释?....................................................................................................................................................................................18 18 5.1.3 是否涉及波拉克效应或阴影全息术?.................................................................................................................... 19 5.1.4 是否涉及与小质量相关的量子引力通量管?.................................................................................................................................................... 20 5.2 将比特表示为电压是否允许实现电子阴影全息术?.................................................................................................................................................... 21 5.2 将比特表示为电压是否允许实现电子阴影全息术?.................................................................................................................................................... 22 . ...
我们研究了 transmon 量子比特与经典引力场的相互作用。利用引力红移和 Aharonov-Bohm 相位的一般现象,我们表明纠缠量子态以通用速率失相。引力相移用量子计算噪声通道来表示。我们给出了一种基于改进的相位估计算法的测量协议,该算法与相位漂移呈线性关系,最适合测量从引力通道获取的小相位。此外,我们提出基于量子比特的平台作为精密重力仪和机械应变计的量子传感器,作为该现象实用性的一个例子。我们估计测量局部重力加速度的灵敏度为 δg/g ∼ 10 − 7 。本文表明经典引力对量子计算硬件有着不小的影响,并说明了量子计算硬件如何用于计算以外的目的。虽然我们关注超导量子比特,但我们指出引力相位效应对所有量子平台都具有普遍性。
Netta Engelhardt 在以色列耶路撒冷和马萨诸塞州波士顿长大。她在布兰迪斯大学获得物理学和数学学士学位,在加州大学圣巴巴拉分校获得物理学博士学位。在 2019 年 7 月加入麻省理工学院物理系之前,她是普林斯顿大学的博士后研究员和普林斯顿引力计划的成员。Engelhardt 教授主要在 AdS/CFT 对应的框架内研究量子引力。她的研究重点是理解量子引力中黑洞的动力学,利用全息术中引力和量子信息相互作用的见解。她目前的主要兴趣围绕黑洞信息悖论、黑洞的热力学行为和宇宙审查假说(推测奇点总是隐藏在事件视界后面)。
通过利用一对量子比特之间的共享纠缠,可以将量子态从一个粒子传送到另一个粒子。最近的进展揭示了量子隐形传态的内在多体泛化,与引力有着巧妙而令人惊讶的联系。具体来说,量子信息的隐形传态依赖于多体动力学,这种动力学源于与引力全息对偶的强相互作用系统;从引力的角度来看,这种量子隐形传态可以理解为通过可穿越虫洞传输信息。在这里,我们提出并分析了一种新的多体量子隐形传态机制——被称为峰值隐形传态。有趣的是,峰值隐形传态利用的量子电路类型与可穿越虫洞隐形传态完全相同,但微观起源却完全不同:它依赖于一般热动力学下的局部算子的扩散,而不是引力物理。我们通过分析和数值方法证明了峰值尺寸隐形传态在各种物理系统中的普遍性,包括随机单元电路、Sachdev-Ye-Kitaev 模型(高温)、一维自旋链和带弦校正的体引力理论。我们的研究结果为使用多体量子隐形传态作为强大的实验工具铺平了道路,用于 (i) 表征强关联系统中算子的尺寸分布和 (ii) 区分一般和内在引力扰乱动力学。为此,我们提供了在捕获离子和里德堡原子阵列中实现多体量子隐形传态的详细实验蓝图;分析了退相干和实验缺陷的影响。
引言。全息术是最有前途的想法之一,它提供了量子引力的非微扰公式[1]。这种方法在反德西特(AdS)空间全息术中非常成功,即 AdS = CFT 对应[2]。另一方面,要理解现在的宇宙是如何产生的,我们需要一个德西特(dS)空间而不是 AdS 空间中量子引力的完整公式。尽管在四维高自旋引力中已经有了具体的提议[9],并且在 dS = dS 对应[10 – 13]、全息纠缠熵[14 – 17]和 dS 静态贴片全息术[18,19]方面也取得了有趣的进展,但我们仍然缺乏对 dS 空间全息术的理解,即所谓的 dS = CFT 对应[3 – 5](另见参考文献[6 – 8])。尤其是,我们缺少了对偶共形场论 (CFT),它存在于爱因斯坦引力中德西特空间的过去-未来边界上。这封信旨在为三维 dS 提出这个基本问题的解决方案。三维德西特空间的特殊之处在于它由陈-西蒙斯规范理论 [20] 描述,并且假设 dS = CFT 的标准思想,它预计与二维 CFT 对偶。S 3 上的陈-西蒙斯引力描述是德西特空间的欧几里得对应物,由一对 SU(2) 陈-西蒙斯规范理论 [20] 描述。此外,众所周知,SU(2) 陈-西蒙斯理论是