¿Cómo la información cuántica puede ser importante para la física fundamental?

Question

Parece que la Información Cuántica ha sido seriamente considerado como algo muy importante para la física fundamental, y, en particular, a la gravedad cuántica.

Por ejemplo, este es el tema de este año, las perspectivas de la física teórica. Así que podemos ver que parece que algunos de ellos bastante grandes nombres de la comunidad, que se centran principalmente en la puramente teórica y problemas fundamentales, como Witten y Susskind, están tomando la Información Cuántica muy en serio en esto. La descripción del programa de este evento dice:

PiTP 2018 se titula "De Qubits para el espacio-Tiempo," y abarcará temas que van desde las conexiones entre la información cuántica y la estructura del espacio-tiempo, a cómo la información es manipulada por el la dinámica y cómo los efectos cuánticos pueden ser incluidos en el agujero negro la termodinámica.

Ahora, por otro lado, cada vez que comience a tomar una mirada en ella, parece ser la opuesta. Parece que el acuerdo con la Información Cuántica es todo acerca de cómo producir un ordenador cuántico. Así que parece que en el final, que el acuerdo con la Información Cuántica no es exactamente en "¿cómo la naturaleza se comportan fundamentalmente", sino, "¿cómo podemos aprovechar la naturaleza del comportamiento cuántico para crear la tecnología".

Esto puede, por ejemplo, en algoritmos cuánticos, quantum corrección de errores, quantum criptography, y así sucesivamente. Así, como en la informática, este parece tener la intención clara de no en la comprensión de la naturaleza muy profundamente, pero en lugar de aprovecharla para crear la tecnología. En particular, aquí se está tratando de utilizar las propiedades de los sistemas cuánticos para crear mejores equipos.

Todo esto es agradable en sí mismo, pero me parece que no puede cómo todo esto puede ser conectado a la física fundamental, hasta el punto de estar relacionada con la gravedad cuántica, la teoría de cuerdas, y así sucesivamente. Quiero decir, lo que la naturaleza le importa acerca de los algoritmos de corrección de errores y la criptografía? Estas son las cosas que son de interés para nosotros, los seres humanos, que quieren una mejor tecnología. Estoy fallando a imaginar por qué una fuerza fundamental de la naturaleza como la gravedad, en su forma más elemental, incluso podría estar relacionado con estas cosas.

Así que la pregunta aquí es: si por un lado, la información cuántica parece muy ligada al desarrollo de la tecnología en ciencias de la computación, ¿cómo puede ser tan importante como parecen ser, en el entendimiento de la física fundamental y, en particular, la gravedad cuántica y la teoría de cuerdas?

Edit: tal vez el OP no estaba clara. No estoy preguntando, ¿cuál es la intención de la información cuántica. Yo estoy diciendo lo siguiente: si buscamos en la web acerca de QI, que en su mayoría se encuentran aplicados cosas destinadas a ordenadores cuánticos. Algoritmos, códigos y así sucesivamente. La naturaleza no le importa si estamos o no de construir computadoras. Entonces, ¿cómo pueden estas cosas (algoritmos, códigos, etc) tienen alguna relación con la naturaleza del funcionamiento fundamental, y, por ejemplo, la naturaleza del espacio-tiempo (ver cita anterior)? Ese es el objetivo de la pregunta. No estoy diciendo que un campo no puede tener aplicación y de una parte teórica. Obviamente si se puede (que yo sepa, GR ha sido utilizado en el desarrollo de los GPS). Lo que estoy fallando, a ver que es donde la parte teórica es de QI. Es como un campo que parece ser pura ciencia de la computación tiene nada que ver con la física fundamental.

Answer 1

(Mi experiencia: yo no soy un fundamental físico ni una información cuántica teórico, aunque yo trabajo con algunos de los últimos.)

La teoría de la información es un marco de trabajo para el estudio y caracterización de la aleatoriedad. En particular, la teoría de la información es buena a responder preguntas acerca de variables aleatorias tales como "al azar" o cómo fuertemente correlacionadas las variables aleatorias son. Resulta que tales propiedades se caracterizan a menudo por los no-lineal funcionales de la distribución de probabilidad, tales como la entropía, información mutua, etc.

La teoría de información cuántica es un marco de trabajo para el estudio y caracterización de la aleatoriedad en la mecánica cuántica. Proporciona las herramientas para responder a preguntas tales como ¿cómo fuertemente correlacionada dos partes de un sistema cuántico. Por lo general, estas propiedades están bien caracterizados por funciones no lineales de la densidad del operador, tales como la (enredo) la entropía, la información mutua etc. Esto es bastante diferente de la habitual agenda de los físicos (fundamentales o no) que suelen estar interesados en las características observables/funciones de correlación, que son funciones lineales de la densidad del operador.

En mi (necesariamente limitado) de la experiencia, la información cuántica teóricos a menudo están interesados en cuestiones de kinematical la naturaleza, por ejemplo la clasificación de los estados cuánticos de acuerdo a su enredo propiedades, o qué tipos de estados cuánticos pueden ser transformados en cada uno de los otros bajo muy limitaciones generales como unitarity, la localidad, la conservación de la energía, etc., sin tener que preocuparse sobre los detalles de la dinámica de dicha transformación. Por otro lado, muchos físicos están muy preocupados con la escritura de el real de Lagrange que describe la dinámica fundamental del Universo. En uno (discutible) sentido, la teoría de información cuántica "es aún más fundamental" de este noble empeño, ya que muchas de sus teoremas seguirá siendo aplicable incluso si un día descubrimos un mucho mejor de Lagrange que el Modelo Estándar. Sin embargo, sospecho que el aparente interés en la teoría de información cuántica muestra por ciertas personas que trabajan en la dinámica fundamental está más relacionado con cuestiones tales como el negro agujero de la termodinámica, la entropía de entrelazamiento cuántico-el campo vacua, holográfico del tensor de la red unidos , etc.

Answer 2

(Mi fondo: investigador en información cuántica de la teoría, pero no realmente en "fundamental" el trabajo como el QI en el campo de las teorías.)

Bueno, mi primera respuesta es que es importante entender en que la ciencia viene desde el momento de la encuesta de campo. La ciencia es producida por el trabajo de los científicos, y naturalmente son más los científicos que trabajan en campos que están más cerca de la "aplicada" campos porque alguien tiene que pagar por ellos. Empresas, agencias de defensa, e incluso la "investigación pura" de las agencias de financiación van a favor de la investigación que se orienta hacia objetivos tecnológicos. Así que no se sorprenda de que ese es el enfoque que estamos viendo en el campo.

Por otro lado, la pregunta es, ¿por qué habría de información cuántica producir algún tipo de conocimiento sobre cuestiones fundamentales? Creo que la razón principal es que la información cuántica a menudo tiene mucho que decir acerca de cómo la dinámica microscópica puede ser traducido a gran escala de las propiedades de un sistema. Por ejemplo, usted traer de corrección de errores. Corrección de Error es, por supuesto, una muy tecnológicamente interesante campo. Pero también, fundamentalmente, acerca de tratar de aprender un sistema cuántico puede evitar la pérdida de su naturaleza cuántica cuando se expone al exterior ruidos o interferencias. Esa es una pregunta fundamental acerca de la solidez de la naturaleza cuántica de la realidad es, y nos puede enseñar acerca de lo microscópico efectos puede y va a sobrevivir en el sistema en general.