I en ny studie från Skoltech och University of Kentucky, forskare har hittat en ny koppling mellan kvantinformation och kvantfältteori. Detta arbete bekräftar den växande roll som kvantinformationsteori inom olika fysikområden. Tidningen publicerades i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Kvantinformation spelar en allt viktigare roll som en organiserande princip som förbinder olika grenar av fysiken. Särskilt, teorin om kvantfelkorrigering, som beskriver hur man skyddar och återställer information i kvantdatorer och andra komplexa interagerande system, har blivit en av byggstenarna i den moderna förståelsen av kvant gravitation.

"I vanliga fall, information som lagras i fysiska system är lokaliserad. Säga, en datorfil upptar ett särskilt litet område på hårddisken. Med "fel" menar vi all oförutsedd eller oönskad interaktion som krypterar information över ett utvidgat område. I vårt exempel, bitar av datorfilen skulle spridas över olika delar av hårddisken. Felkorrigeringskoder är matematiska protokoll som gör det möjligt att samla ihop dessa delar för att återställa den ursprungliga informationen. De används mycket i datalagring och kommunikationssystem. Kvantfelkorrigerande koder spelar en liknande roll i de fall då det fysiska systemets kvantitet är viktigt, "Anatoly Dymarsky, Docent vid Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST), förklarar.

I en ganska oväntad twist, forskare insåg för inte så länge sedan att kvantgravitation - teorin som beskriver kvantdynamik i rum och tid - använder liknande matematiska protokoll för att utbyta information mellan olika delar av rymden. "Informationsplatsen inom kvantgravitation är fortfarande ett av få öppna grundläggande problem inom teoretisk fysik. Det är därför som utseendet på välstuderade matematiska strukturer som kvantfelkorrigerande koder är spännande, "Noterar Dymarsky. Men kodenas roll förstods endast schematiskt, och den uttryckliga mekanismen bakom lokaliseringen av information förblir svårfångad.

I deras nya tidning, han och hans kollega, Alfred Shapere från University of Kentucky Department of Physics and Astronomy, etablera en ny koppling mellan kvantfelkorrigerande koder och tvådimensionella konforma fältteorier. De senare beskriver interaktioner mellan kvantpartiklar och har blivit standardteoretiska verktyg för att beskriva många olika fenomen, från grundläggande elementära partiklar till kvasipartiklar som växer fram i kvantmaterial, såsom grafen. Några av dessa konforma fältteorier beskriver också kvantgravitation via holografisk korrespondens.

"Nu har vi en ny lekplats för att studera rollen för kvantfelkorrigeringskoder inom ramen för kvantfältteori. Vi hoppas att detta är ett första steg för att förstå hur lokal information faktiskt fungerar, och vad döljer sig bakom all denna vackra matematik, "Avslutar Dymarsky.