Los físicos conocen el enorme abismo entre la física cuántica y la teoría de la gravedad. Sin embargo, en las últimas décadas, la física teórica ha proporcionado algunas conjeturas plausibles para cerrar esta brecha y describir el comportamiento de sistemas cuánticos complejos de muchos cuerpos, por ejemplo, negroAhora, un grupo de teoría de la Freie Universität Berlin y HZB, junto con la Universidad de Harvard, EE. UU., han probado una conjetura matemática sobre el comportamiento de la complejidad en este tipo de sistemas, aumentando la viabilidad de este puente.publicado en Física de la naturaleza.
"Hemos encontrado una solución sorprendentemente simple a un problema importante de la física", dice el profesor Jens Eisert, físico teórico de la Freie Universität Berlin y HZB. "Nuestros resultados proporcionan una base sólida para comprender las propiedades físicas de los sistemas cuánticos caóticos, desde agujeros negros hasta sistemas complejos de muchos cuerpos", agrega Eisert.
Usando solo lápiz y papel, es decir, de forma puramente analítica, los físicos berlineses Jonas Haferkamp, Philippe Faist, Naga Kothakonda y Jens Eisert, junto con Nicole Yunger Halpern Harvard, ahora Maryland, han logrado probar una conjetura que tiene importantes implicaciones paracomplejos sistemas cuánticos de muchos cuerpos. "Esto juega un papel, por ejemplo, cuando se desea describir el volumen de los agujeros negros o incluso los agujeros de gusano", explica Jonas Haferkamp, estudiante de doctorado en el equipo de Eisert y primer autor del artículo.
Los sistemas cuánticos complejos de muchos cuerpos pueden reconstruirse mediante circuitos de los llamados bits cuánticos. Sin embargo, la pregunta es: ¿cuántas operaciones elementales se necesitan para preparar el estado deseado? En la superficie, parece que este número mínimo deoperaciones, la complejidad del sistema, siempre está creciendo Los físicos Adam Brown y Leonard Susskind de la Universidad de Stanford formularon esta intuición como una conjetura matemática: la complejidad cuántica de un sistema de muchas partículas debería primero crecer linealmente durante tiempos astronómicamente largos y luego- por más tiempo aún - permanecen en un estado de máxima complejidad. Su conjetura fue motivada por el comportamiento de los agujeros de gusano teóricos, cuyo volumen parece crecer linealmente durante un tiempo eternamente largo. De hecho, se conjetura además que la complejidad y el volumende agujeros de gusano son una y la misma cantidad desde dos perspectivas diferentes. "Esta redundancia en la descripción también se llama el principio holográfico y es un enfoque importante paraunificando la teoría cuántica y la gravedad.La conjetura de Brown y Susskind sobre el crecimiento de la complejidad puede verse como una verificación de la plausibilidad de las ideas en torno al principio holográfico", explica Haferkamp.
El grupo ahora ha demostrado que la complejidad cuántica de los circuitos aleatorios de hecho aumenta linealmente con el tiempo hasta que se satura en un punto en el tiempo que es exponencial al tamaño del sistema. Estos circuitos aleatorios son un modelo poderoso para la dinámica de los sistemas de muchos cuerposLa dificultad para probar la conjetura surge del hecho de que difícilmente se puede descartar que haya "atajos", es decir, circuitos aleatorios con una complejidad mucho menor que la esperada. "Nuestra prueba es una combinación sorprendente de métodos de la geometría y los de la cuántica.teoría de la información. Este nuevo enfoque hace posible resolver la conjetura para la gran mayoría de los sistemas sin tener que abordar el problema notoriamente difícil para los estados individuales ", dice Haferkamp.
"El trabajo en Física de la naturalezaes un buen punto culminante de mi doctorado", añade el joven físico, que ocupará un puesto en la Universidad de Harvard a finales de año. Como postdoctorado, puede continuar su investigación allí, preferiblemente de la forma clásica con bolígrafoy papel y a cambio de las mejores mentes en física teórica.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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