Физики создают математическую «площадку» для изучения квантовой теории информации

В новом исследовании Сколтеха и Университета Кентукки свидетельствует о растущей роли квантовой теории информации в различных областях физики.

Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Квантовая информация играет все более важную роль как организующий принцип, соединяющий различные разделы физики. В частности, теория квантовой коррекции ошибок, которая описывает, как защищать и восстанавливать информацию в квантовых компьютерах и других сложных взаимодействующих системах, стала одним из строительных блоков современного понимания квантовой гравитации.

«Обычно информация, хранящаяся в физических системах, локализована. Скажем, компьютерный файл занимает определенную небольшую область жесткого диска. Под «ошибкой» мы подразумеваем любое непредвиденное или нежелательное взаимодействие, при котором информация зашифровывается на большой площади. В нашем примере фрагменты компьютерного файла будут разбросаны по разным областям жесткого диска. Коды исправления ошибок - это математические протоколы, которые позволяют собирать эти части вместе для восстановления исходной информации. Они активно используются в системах хранения данных и связи. Коды с квантовой коррекцией ошибок играют аналогичную роль в тех случаях, когда важна квантовая природа физической системы», - поясняет Анатолий Дымарский, доцент Центра энергетических наук и технологий (CEST) Сколтеха.

Не так давно ученые осознали, что квантовая гравитация - теория, описывающая квантовую динамику пространства и времени - использует аналогичные математические протоколы для обмена информацией между различными частями пространства.

«Локальность информации в квантовой гравитации остается одной из немногих открытых фундаментальных проблем теоретической физики. Поэтому интригует появление хорошо изученных математических структур, таких как коды квантовой коррекции ошибок», - отмечает Дымарский.

Однако роль кодов была понята только схематично, а явный механизм, лежащий в основе локальности информации, остается неуловимым.

В своей новой статье он и его коллега Альфред Шейпере из Университета Кентукки, факультет физики и астрономии, устанавливают новую связь между квантовыми кодами исправления ошибок и двумерными конформными теориями поля. Последние описывают взаимодействия квантовых частиц и стали стандартными теоретическими инструментами для описания множества различных явлений, от элементарных элементарных частиц до квазичастиц, возникающих в квантовых материалах, таких как графен. Некоторые из этих конформных теорий поля также описывают квантовую гравитацию через голографическое соответствие.

«Теперь у нас есть новая площадка для изучения роли кодов квантовой коррекции ошибок в контексте квантовой теории поля. Мы надеемся, что это первый шаг к пониманию того, как на самом деле работает локальность информации и что скрывается за всей этой красивой математикой», - заключает Дымарский.

Ранее Курсор писал, что физики разгадали загадочную тайну нанонауки. Команда физиков раскрыла загадку загадочного явления в области нанонауки: почему некоторые сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если поместить их ближе друг к другу.

Курсор писал, что физики впервые создали «атомный торнадо». Ученые создали первый в мире атомный вихревой пучок — закрученный смерч из атомов и молекул с загадочными свойствами, которые еще предстоит понять.

Курсор также сообщал, что физики открыли новый электронный феномен. Исследователи-физики из лаборатории Atomic LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством».

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Кроме этого, физики доказали существование мнимой части квантовой механики. Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики. Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

Физики сомневаются в существующей теории расширения Вселенной. Более 20 лет назад стало известно, что расширение Вселенной ускоряется, но физика этого процесса остается загадкой. Однако до сих пор не существует единого физического объяснения этого процесса.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу. Ученые впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.  Ученые, проводившие опыты на БАК, зафиксировали отклонения от теоретической Стандартной модели при распаде заряженных частиц. Это признаки так называемой Новой физики — всеобъемлющей теории, которая должна максимально полно описывать нашу Вселенную.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.