Forskare vid Akademien utforskar konsekvenserna av lokalitet för mätningar fördelade i rumtid. Deras artikel har nu publicerats i tidskriften Nature Kvantinformation .

Lokalitet är en grundläggande princip bakom all fysisk interaktion. Den säger att varje fysiskt system bara kan interagera med andra system i dess omedelbara närhet, så att interaktioner mellan två avlägsna objekt måste förmedlas av en mellanhand. Till exempel, i det välkända fallet med radiokommunikationsenheter och mobiltelefoner, som skickar och tar emot information på distans, rollen som mellanhand spelas av elektromagnetiska vågor. Partikelfysiken säger oss att elementarpartiklar beter sig på liknande sätt. När två av dem utövar en kraft på varandra, detta händer inte omedelbart över avstånd, snarare genom ett utbyte av en partikel som förmedlar den kraften lokalt. En viktig konsekvens av lokaliteten för interaktioner är att många fysiska system, såsom fasta ämnen såväl som kvantfält som beskriver elementarpartiklar, tillgodose den så kallade "områdesrättsliga" egendomen.

Alice och Bob

För att förklara vad den här egenskapen betyder, föreställ dig två observatörer Alice och Bob, som utför mätningar på de ingående delarna av ett helt fysiskt system. Alice kan bara mäta de delar som ligger inuti ett område av rymden som är separerat av en gräns från resten av rymden; medan Bob kan utföra mätningar på de delar som ligger utanför Alices region. "Areslagen" betyder ungefär att graden till vilken resultaten av Alices och Bobs mätningar är korrelerade bestäms av arean av gränsen som skiljer Alices region från Bobs regioner, snarare än av regionens volym. Detta är något förvånande, lika många andra termodynamiska eller informationsstorheter, som energi eller entropi, skala vanligtvis med volymen och inte området i den aktuella regionen.

Kvantmekanik och gravitation

Medan områdeslagar vanligtvis formuleras i termer av rymdområden (som i vårt exempel), Einsteins relativitetsteori, där rum och tid förenas till en rumtid, lär oss att den korrekta beskrivningen av fysiken bör vara i termer av interaktioner som är lokala i rumtiden. Detta väcker frågan om områdeslagsegendomen kan generaliseras till regioner i rumtiden. Särskilt, föreställ dig att nu får Alice tillgång till en del av systemet som är instängd i en rumslig låda under en begränsad tid där hon kan utföra flera mätningar, så att alla hennes mätningar utförs inom en fyrdimensionell rumstidslåda. Bob tillåts komma åt systemet när som helst i rymdtiden som är utanför Alices box. I en ny publikation i Kvantinformation forskare vid Wieninstitutet för kvantoptik och kvantinformation vid den österrikiska vetenskapsakademin undersöker om gränsen för denna fyrdimensionella rumtidsregion kan säga oss något om graden av korrelationer mellan resultaten av Alices och Bobs mätningar.

I artikeln, författarna visar att en områdeslag gäller för rumstidsregioner om det fysiska systemet i fråga består av partiklar som interagerar lokalt. Ĉaslav Brukner, gruppledare vid akademiinstitutet och medförfattare till studien, kommenterar:"Detta arbete ger en koppling mellan kvantkorrelationer och rumtidsgeometri. Dessa insikter kan visa sig användbara för utvecklingen av framtida teorier som förenar kvantmekanik och gravitation."