Termiczna teoria efektywna wkracza do gry
Cała magia dzieje się za sprawą termicznej teorii efektywnej, koncepcji zapożyczonej z fizyki cząstek. To narzędzie pozwala wyodrębnić uniwersalne zachowania z ograniczonego zestawu wielkości fizycznych, omijając przy tym skomplikowane obliczenia, które do tej pory stanowiły poważną przeszkodę.
To badanie jest pierwszym przykładem zastosowania termicznej teorii efektywnej do informacji kwantowej. Wyniki tego badania demonstrują użyteczność tego podejścia i mamy nadzieję dalej rozwijać tę metodę — wyjaśnia Yuya Kusuki, główny autor badania
Czytaj też: Przełom w eksperymencie MARATHON. Naukowcy dokonali najbardziej precyzyjnego pomiaru struktury nukleonu
Zespół w składzie Yuya Kusuki, Hirosi Ooguri i Sridip Pal wykorzystał tę metodę do stworzenia systematycznego wyprowadzenia, które uwzględnia efekty brzegowe i krzywizny, a także szacuje poprawki niższego rzędu. W centrum całego zamieszania znalazła się entropia Rényiego, czyli wielkość fizyczna mierząca złożoność stanów kwantowych i dystrybucję informacji. To kluczowy parametr dla technologii kwantowych, w tym obliczeń i komunikacji kwantowej. Najciekawsze jest to, że zależność entropii Rényiego od teorii jest w pełni zakodowana w stałej kosmologicznej w ramach termicznego działania efektywnego. W praktyce oznacza to, iż skomplikowane właściwości splątania da się opisać za pomocą pojedynczego, uniwersalnego parametru.
Wyższe wymiary przestają być problemem
Do tej pory badania splątania kwantowego były ograniczone głównie do modeli dwuwymiarowych, co stanowiło poważne ograniczenie. Przejście do wyższych wymiarów okazywało się niezwykle skomplikowane obliczeniowo. Teraz fizycy pokonali tę barierę, wyprowadzając uniwersalną formułę dla entropii Rényiego, która działa w dowolnej liczbie wymiarów czasoprzestrzennych. To fundamentalna zmiana w podejściu do całego zagadnienia. Odkryto też ciekawe różnice między systemami o różnej liczbie wymiarów. W układach dwuwymiarowych można zastosować metodę “gorącego punktu”, lecz w wyższych wymiarach jej bezpośrednie użycie jest ograniczone ze względu na zachowanie efektywnej temperatury w pobliżu granicy domeny splątania.
Co to oznacza dla przyszłości?
Odkrycia te ustanawiają nową uniwersalną zasadę łączącą strukturę splątania z konforemnymi teoriami pola. Szablon opracowany przez zespół jest niezwykle uniwersalny, ponieważ ma zastosowanie do każdej konforemnej teorii pola, niezależnie od tego, czy jest unitarna, czy ma opis holograficzny. Może to przełożyć się na konkretne korzyści: ulepszenia metod symulacji numerycznych dla wyżej wymiarowych układów kwantowych, nowe zasady klasyfikacji stanów kwantowych wielu ciał, głębsze zrozumienie grawitacji kwantowej oraz postępy w technologiach kwantowych.
Czytaj też: Naukowcy przypadkowo stworzyli wodorek złota. To odkrycie zmienia reguły gry w chemii ekstremalnej
Badanie ma też znaczenie dla fizyki czarnych dziur i teorii strun, gdzie zrozumienie struktury splątania w wyższych wymiarach jest kluczowe dla rozwoju teorii grawitacji kwantowej. Odkrycie uniwersalnych praw splątania kwantowego to bez wątpienia kamień milowy w fizyce teoretycznej. Po latach ograniczeń do prostych modeli dwuwymiarowych, naukowcy zyskali narzędzia do eksploracji splątania w pełnej złożoności rzeczywistego wszechświata. To dopiero początek drogi, ale już teraz widać, że może to prowadzić do fundamentalnych zmian w naszym rozumieniu natury rzeczywistości.