[論文レビュー] Dear Qubitzers, GR=QM

Leonard Susskind|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2017

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 21被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、量子重力が量子力学とは独立ではなく、量子もつれと複雑性から生じると提案している。ホログラフィー原理を用いて、相対論的でない系ですら重力的双対を持つ可能性を示している。コンformal field theory (CFT) 双対を持つ量子系を設計することで、本稿は、ホーキング・ブレインやワームホールといったバルク内の重力的現象が、実際の物理的現象であり、実験室の量子操作によって測定可能であると主張している。これは、一般相対性理論=量子力学（GR=QM）を強く、操作的意味で示している。

ABSTRACT

These are some thoughts contained in a letter to colleagues, about the close relation between gravity and quantum mechanics, and also about the possibility of seeing quantum gravity in a lab equipped with quantum computers. I expect this will become feasible sometime in the next decade or two.

研究の動機と目的

• 重力と量子力学が根本的にな分离しないこと、量子もつれが時空の接続性を生み出すことの主張。
• ホログラフィックなCFT双対を持つ量子系が、ブラックホールやワームホールを含む実際の重力的ダイナミクスを有し得ることの証明。
• 実験室の量子コンピュータが、これらのバルク重力的系を調べたり、双方向通信を可能とし、量子重力を実験的にアクセス可能にすることの示唆。
• 量子複雑性のダイナミクスが重力的進化と一致することを確立し、重力が量子情報構造から生じることの示唆。

提案手法

• ER=EPR予想を用いて、量子もつれを時空の接続性と同一視し、もつれがアインシュタイン＝ローゼン橋を生成することを示唆。
• 実験室系を球殻としてモデル化し、CFT記述を持つようにし、バルク幾何がもつれからホログラフィー的に出現することを示す。
• 局所的操作（例：殻をたたく）によるCFTの摂動を施し、ストレインゲージやSQUIDで検出可能なバルク重力波を生成。
• AdS/CFT対応を用いて、実験室の量子操作をバルク重力信号にマッピングし、実験室とバルクの観測者間の通信を可能に。
• 量子トランスポートのプロトコルを適用し、以前は可視化不可能だったホライズンの背後に位置する出来事を、バルクで観測可能に。
• もつれ系における時間に依存する相関を分析し、それらがアインシュタイン＝ローゼン橋の成長と一致することを示し、量子複雑性と時空ダイナミクスの深い関係を示唆。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子もつれのみで、相対論的でない系であっても、時空の接続性や重力的現象が生成可能か？
• RQ2 CFT記述を持つ量子系の重力的双対は物理的に現実のものか、単なる数学的構成か？
• RQ3 実験室のCFT系に対する量子操作が、バルクで検出可能な重力信号を生成し得るか。これにより、バルク観測者と通信可能か？
• RQ4 系内の量子複雑性の増大は、その重力的双対における時空の幾何的拡張と一致するか？
• RQ5 ホログラフィックな設定において、量子トランスポートのプロトコルによって、ブラックホールホライズンの背後に位置する出来事が可視化可能か？

主な発見

• 十分なもつれと複雑性を持つ任意の量子系は、重力的双対を生じ得る。これは、重力が量子力学の結果であることを示唆。
• 実験室の観測者は、殻をたたく、ストレインを測定するなど、境界CFTの摂動によりバルク重力的宇宙を調べたり、通信可能である。
• もつれ系における相関の時間発展は、アインシュタイン＝ローゼン橋の成長と一致する。これは、量子複雑性と時空幾何の間に深い結びつきがあることを示唆。
• たとえ電子スピンのペアであっても、微小な量子ワームホールを有し得る。これにより、キュービットのトランスポートが可能になる。
• 適切な境界操作を施すことで、バルク観測者が重力的双対に作られる。これは、バルクに存在する観測者が単なる理論的構成物ではないことを示している。
• ホログラフィー原理は、バルク時空が近似的Emergentなものではなく、物理的に現実の領域であり、独自のダイナミクスと観測者を持つことを示唆。これは、基礎理論が非相対論的量子力学であっても成立する。