[论文解读] Magical Chaotic Cosmological Islands: Generating Page Curve to solve Black Hole Information loss problem from Cosmological Chaos -- Complexity connection

Sayantan Choudhury, Satyaki Chowdhury+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用 9

一句话总结

本文提出了一种新颖的联系，将宇宙学复杂性、量子混沌（通过OTOCs衡量）与量子修正的纠缠熵相结合，以在FLRW时空中的黑洞蒸发过程中重现Page曲线，采用量子极值岛（Quantum Extremal Islands）方法。研究表明，编码于压缩量子态中的宇宙学混沌，能够在AdS和dS背景中实现幺正的信息恢复，通过岛屿启发的宇宙学解决了黑洞信息丢失问题。

ABSTRACT

Recently in various theoretical works, a path-breaking progress has been made to recover the well known Page Curve of an evaporating black hole with the help of Quantum Extremal Surfaces (QES) aka Islands, which was mainly proposed to solve the long-standing black hole information loss problem related to the unitarity issue. Motivated by this outstanding concept, in this work, we study the crucial role of Quantum Extremal Islands to reproduce the Page Curve in the presence of negative (AdS) and positive (dS) Cosmological Constant with radiation in the background of Friedmann-Lema$\hat{i}$tre-Robertson-Walker (FLRW) space-time with the help of squeezed quantum state originated cosmological complexity. Without using any explicit details of the gravitational theoretical model, we establish a closed connecting relationship among cosmological complexity, a measure of quantum chaos i.e., Out-of-Time Ordered Correlators (OTOC) and quantum corrected entanglement entropy of evaporating black hole in the presence of Cosmological Islands. This alternative effective treatment finally helps us to reproduce to the most desired Page Curve in Island inspired Cosmology to preserve the black hole information loss issue. On top of this, the present treatment helps us to interpret the explicit role of quantum chaos inside the evaporating black holes in the presence of Cosmological Islands.

研究动机与目标

• 通过在具有正负宇宙学常数的宇宙学背景下应用量子极值岛，解决黑洞信息丢失问题。
• 在蒸发黑洞中建立宇宙学复杂性、量子混沌（通过OTOCs测量）与修正纠缠熵之间的闭合关系。
• 在不依赖显式引力动力学的前提下，通过有效量子态形式化方法，在岛屿启发的宇宙学中重现Page曲线。

提出的方法

• 采用压缩量子态形式化方法，对FLRW时空中的宇宙学复杂性进行建模。
• 在宇宙学岛存在的情况下，建立量子混沌（时间有序相关函数，OTOCs）与纠缠熵之间的联系。
• 应用量子极值表面（QES）框架，计算AdS和dS背景下的量子修正纠缠熵。
• 采用有效的场论处理方式，避免显式引力模型细节，聚焦于量子信息度量。
• 建立宇宙学复杂性、OTOCs与纠缠熵之间的闭合关系，以重现Page曲线。
• 证明量子混沌与宇宙学复杂性的相互作用，可在黑洞蒸发过程中实现幺正演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在具有正负宇宙学常数的宇宙学时空背景下，利用岛屿范式重现Page曲线？
• RQ2 作为OTOCs度量的量子混沌，在具有宇宙学岛的蒸发黑洞信息恢复机制中扮演何种角色？
• RQ3 源于压缩量子态的宇宙学复杂性，如何与纠缠熵及黑洞蒸发中的幺正性相联系？

主要发现

• 本文成功地在AdS和dS背景中，仅通过宇宙学复杂性、OTOCs与量子修正纠缠熵的相互作用，重现了Page曲线。
• 建立了宇宙学复杂性、量子混沌（OTOCs）与纠缠熵之间的闭合关系，实现了无需显式引力动力学的幺正演化。
• 宇宙学岛的存在通过量子修正改变了纠缠熵，从而实现信息恢复，且与幺正性一致。
• 作为OTOCs度量的量子混沌，在岛屿启发的宇宙学中，对黑洞蒸发初始阶段到最终阶段的过渡起到了关键调节作用。
• 基于压缩量子态的有效处理方法，成功捕捉了宇宙学背景下黑洞信息恢复的本质特征。