En forbindelse mellem kvantekorrelationer og rumtiden geometri

Forskere ved Akademiet undersøger lokalitetens konsekvenser for målinger, der distribueres i rumtiden. Deres artikel er nu blevet offentliggjort i Nature journal Quantum Information .

Lokalitet er et grundlæggende princip bag alle fysiske interaktioner. Det siger, at hvert fysisk system kun kan interagere med andre systemer i dets umiddelbare nærhed, så interaktioner mellem to fjerne objekter skal formidles af en mellemmand. For eksempel, i det velkendte tilfælde af radiokommunikationsenheder og mobiltelefoner, der sender og modtager information over en afstand, mellemmandens rolle spilles af elektromagnetiske bølger. Partikelfysik fortæller os, at elementarpartikler opfører sig på samme måde. Når to af dem udøver en kraft på hinanden, dette sker ikke øjeblikkeligt over afstand, snarere ved en udveksling af en partikel, der medierer denne kraft lokalt. En vigtig konsekvens af lokaliteten af ​​interaktioner er, at mange fysiske systemer, såsom faste stoffer samt kvantefelter, der beskriver elementære partikler, tilfredsstille den såkaldte "områdelov" -ejendom.

Alice og Bob

For at forklare, hvad denne ejendom betyder, forestil dig to observatører Alice og Bob, der udfører målinger på de bestanddele af et helt fysisk system. Alice kan kun måle de dele, der ligger inde i et rumområde, som er adskilt af en grænse fra resten af ​​rummet; hvorimod Bob kan udføre målinger på de dele, der ligger uden for Alice's region. "Områdeloven" betyder i grove træk, at graden af ​​udfaldet af Alice's og Bobs målinger er korreleret bestemmes af det område af grænsen, der adskiller Alice's region fra Bob's regioner, frem for regionens volumen. Dette er lidt overraskende, så mange andre termodynamiske eller informationsmængder, såsom energi eller entropi, typisk skaleres med volumen og ikke området i den betragtede region.

Kvantemekanik og tyngdekraft

Selvom områdelove typisk er formuleret med hensyn til rumområder (som i vores eksempel), Einsteins relativitetsteori, hvor rum og tid er forenet til en rumtid, lærer os, at den korrekte beskrivelse af fysik bør være med hensyn til interaktioner, der er lokale i rumtiden. Dette rejser spørgsmålet om, hvorvidt arealretlig ejendom kan generaliseres til regioner i rumtiden. I særdeleshed, forestil dig, at Alice nu får adgang til en del af systemet, der er begrænset i en rumlig boks i en begrænset periode, hvor hun kan udføre flere målinger, sådan at alle hendes målinger udføres inden for en fire-dimensionel rumtidskasse. Bob får lov til at få adgang til systemet på ethvert tidspunkt i rumtiden, der er uden for Alice's kasse. I en ny publikation i Quantum Information forskere fra Wien Institute for Quantum Optics and Quantum Information fra det østrigske videnskabsakademi undersøger, om grænsen for denne fire-dimensionelle rumtidsregion kan fortælle os noget om graden af ​​sammenhænge mellem resultaterne af Alice's og Bobs målinger.

I artiklen, forfatterne viser, at en områdelov gælder for rumtiden regioner, hvis det fysiske system, der behandles, består af partikler, der interagerer lokalt. Lavaslav Brukner, gruppeleder på akademiinstituttet og medforfatter af undersøgelsen, kommentarer:"Dette arbejde giver en forbindelse mellem kvantekorrelationer og geometri i rumtiden. Disse indsigter kan vise sig nyttige for udviklingen af ​​fremtidige teorier, der forener kvantemekanik og tyngdekraft."