Precyzyjne miary złożoności stanów i operatorów w kwantowych teoriach pola oraz zastosowanie ich w korespondencji holograficznej i modelach kwantowej grawitacji będą tematem badań prof. Pawła Caputy z Wydziału Fizyki UW. Na realizację swojego projektu badacz otrzymał grant Consolidator przyznany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych.
Projekt prof. Pawła Caputy Kwantowa złożoność od kwantowych teorii pola do kwantowej grawitacji (QComplexity, ang. Quantum Complexity from Quantum Field Theories to Quantum Gravity) otrzymał dofinansowanie na kwotę ponad 1,8 mln euro.
Kwantowe teorie pola (ang. Quantum field theory, QFT) to najlepsze modele do opisu natury. Aby je jednak skutecznie symulować, trzeba lepiej zrozumieć optymalne sposoby tworzenia interesujących stanów kwantowych z podstawowych elementów używanych w obliczeniach. Wymaga to precyzyjnej definicji „złożoności kwantowej”, a jej zdefiniowanie jest jednym z najpilniejszych problemów na styku fizyki teoretycznej, informacji kwantowej i kwantowych obliczeń.
– Chcemy zrozumieć, co jest łatwe, a co trudne w świecie kwantowym oraz jak mogą wyglądać prawa fizyki we wnętrzach czarnych dziur – mówi prof. Paweł Caputa i wyjaśnia: – Mówiąc ściślej, projekt ten ma na celu opracowanie precyzyjnych miar złożoności stanów i operatorów w kwantowych teoriach pola oraz zastosowanie ich w korespondencji holograficznej i modelach kwantowej grawitacji.
Film jest dostępny na uniwersyteckim kanale YouTube.
Interdyscyplinarny projekt
Nowe narzędzia, które opracuje zespół naukowca, pozwolą zbadać złożoności kwantowych układów wielu ciał, lepiej zrozumieć termalizację i rzucić światło na zachowanie materii wewnątrz czarnych dziur oraz w pobliżu innych kosmologicznych osobliwości, niezwykle ważnych dla wczesnego Wszechświata.
– Ten interdyscyplinarny projekt przenosi metody oraz intuicję z teorii informacji i obliczeń kwantowych do fizyki wielu ciał i kwantowej grawitacji – zaznacza prof. Caputa.
Wykorzystane metody badawcze będą obejmować nowe definicje złożoności w mechanice kwantowej, obliczenia analityczne i numeryczne w swobodnych i oddziałujących kwantowych teoriach pola, w tym całkowalność, symetrię konforemną, bazę Kryłowa i wreszcie korespondencję AdS/CFT i kwantową grawitację.
Do grupy prof. Caputy dołączy trzech doktorantów i trzech postdoków, z którymi naukowiec będzie pracował nad głównymi częściami projektu dotyczącymi syntezy i opracowywania miar złożoności w kwantowych teoriach pola, sformułowania miar złożoności w precyzyjnych modelach holograficznych oraz ich zastosowania do lepszego zrozumienia fizyki poza horyzontem czarnych dziur i osobliwości czasoprzestrzennych.
Realizacja projektu rozpocznie się jesienią 2024 roku i potrwa sześćdziesiąt miesięcy.
Prof. Paweł Caputa pracuje na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Specjalizuje się w fizyce teoretycznej, a w szczególności w kwantowej informacji i złożoności w kwantowych teoriach pola i kwantowej grawitacji oraz korespondencji AdS/CFT. Stopień doktora uzyskał w Instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze. Prowadził badania podoktorskie na Uniwersytecie Witwatersrand w Johannesburgu w RPA, japońskim Uniwersytecie w Kioto i w Nordyckim Instytucie Fizyki Teoretycznej (NORDITA) w Sztokholmie. Następnie jako adiunkt w Kioto był członkiem kolaboracji Fundacji Simonsa „It from Qubit”. Obecnie nadal współpracuje z Instytutem Yukawy w Kioto (jako affiliate member) oraz japońską grupą badawczą realizującą projekt Extreme Universe. Od 2020 roku jest kierownikiem zespołów realizujących projekt Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej „Polskie Powroty” oraz grant Narodowego Centrum Nauki SONATA BIS na Uniwersytecie Warszawskim. W 2021 roku uzyskał stopień doktora habilitowanego na podstawie dorobku naukowego i rozprawy pt. Dynamika splątania kwantowego i złożoności obliczeniowej w korespondencji AdS/CFT.