Si los Estados de la tierra de interacción QFTs es tan complicados, ¿cómo lo hizo naturaleza encontrarlos?

Question

Mi pregunta fue inspirado por intentar entender el papel de Algoritmos Cuánticos para las Teorías Cuánticas del Campo, junto al Jordán, Lee, y Preskill. El principal resultado de ese trabajo es que los experimentos de dispersión en uno de los más simples-posible interacción las teorías cuánticas del campo, es decir, ϕ⁴ teoría, pueden ser eficientemente simulado mediante un ordenador cuántico (no sólo perturbativa, sino en general).

Intuitivamente, que el resultado suena "obvio": ¿cómo podría ser falso? Así que, lo que me sorprende, y en la necesidad de explicación, es la cantidad de trabajo que va a hacer es rigurosa---y más específicamente, el hecho de que PLJ no sabes cómo generalizar su algoritmo para manejar partículas sin masa, no hablemos de otros aspectos de la plena Modelo Estándar como fermiones quirales. En cierta medida, estas dificultades probablemente sólo refleja la complejidad de QFT sí mismo: cuando usted está diseñando un algoritmo (clásica o cuántica) para simular algo, y para demostrar su exactitud, no se le permite a handwave cualquier problema como "estándar" o "conocido" o "a quién le importa si no es muy rigurosa"! De hecho, por esa misma razón, creo que la comprensión de cómo uno podría ir sobre la simulación de QFT en un ordenador cuántico podría proporcionar un muy interesante la avenida a la comprensión de QFT sí mismo.

Pero hay una cosa en particular que parece ser la causa PLJ su principal dificultad, y eso es lo que lleva a mi pregunta. Incluso para un "simple" interacción QFT como ϕ⁴, el estado del suelo de unos pocos bien separadas las partículas en el vacío es ya de por sí complicado y (parece) no se entiende. Así que incluso para el primer paso de su algoritmo---la preparación de el estado inicial---PLJ necesidad de tomar una rotonda de la ruta, primera preparación del terreno el estado de la noninteracting campo de la teoría, entonces adiabático de inflexión en la interacción, ajuste de la velocidad como van a evitar pasos a nivel. Aquí, necesitan algún tipo de suposición que hace que el espectro de la brecha de mantenerse razonablemente grandes, ya que la inversa de la espectral de la brecha determina el tiempo que el proceso adiabático necesita para funcionar. Y esto, creo, es la razón por la que no pueden manejar partículas sin masa: porque entonces no tendrían la espectral de la brecha.

(Tenga en cuenta que, al final del algoritmo, también necesitan adiabático vez fuera de la interacción antes de medir el estado. Otra nota: esta adiabático truco parece como que podría tener algo que ver con la LSZ fórmula de reducción, pero yo podría estar equivocado acerca de eso.)

Aquí, sin embargo, siento la necesidad de intervenir con un extremadamente ingenuo comentario: sin duda la Naturaleza en sí misma no necesita hacer nada casi esta listo o complicado de preparar el terreno a los estados de la interacción QFTs! No necesita adiabático su vez en las interacciones, y que no necesita preocuparse acerca de los pasos a nivel. Para explicar esto, no puedo pensar en tres posibilidades, en el rápidamente creciente orden de inverosimilitud:

(1) tal vez hay una manera mucho más sencilla de simular QFTs el uso de un ordenador cuántico, que no requiere de toda esta rigamarole de adiabático de inflexión en las interacciones. De hecho, tal vez ya sabemos manera, y el asunto es que no podemos probar que funciona siempre? Más específicamente, sería agradable si el estándar de la dinámica de la interacción de QFT, que se aplican a algunos fáciles de describir el estado inicial, led (siempre o casi siempre) a la que interactúan el estado del suelo que queríamos, después de una cantidad de tiempo razonable.

(2) tal vez el enfriamiento que tuvo lugar poco después del Big Bang, simula el proceso adiabático, lo que ayuda a aliviar el universo en el "derecho" de la interacción-QFT el estado del suelo.

(3) tal vez el universo simplemente tenía que ser "inicializado" en el Big Bang, en un estado que no podía ser preparado en el polinomio de tiempo utilizando un estándar de ordenador cuántico (es decir, uno que se inicia en el estado |0...0⟩). Si es así, entonces la complejidad computacional de la clase que íbamos a necesitar para modelar el mundo físico ya no sería BQP (Bounded-Error Cuántica Polinomio de Tiempo), pero un poco más grande de la clase llamada BQP/qpoly (BQP con quantum consejo de los estados).

Estaré agradecido si alguien tiene algún conocimiento acerca de cómo descartar una o más de estas posibilidades.

Answer 1

Como nota, esta es realmente una pregunta acerca de la cosmología. No hay mucho que decir, pero en interés de la brevedad, me limitaré a abordar una parte de la pregunta.

Cromodinámica cuántica es una fuerte junto teoría con un complejo muy vacío. El universo no está en la QCD vacío hoy en día, pero es bastante maldito cerca de ella, ya que la 2.7 K temperatura de fondo está por debajo de la masa de la brecha de QCD.

A alta temperatura QCD es mucho más sencillo -- los quarks y los gluones son la interacción débil (libertad asintótica). El estado de alta temperatura de la QCD es bastante simple (aunque no trivial); es aproximadamente un gas ideal de partículas relativistas.

Como el universo se expande y se enfría adiabático que pasa a través de una (de primer orden) de la fase de transición desde el "más fácil" de alta temperatura de estado para la "más difícil" baja temp estado. Justo debajo de la transición de fase, el estado todavía estaba muy caliente, pero como el universo siguió expandiéndose adiabático el estado se acercó a la QCD vacío.

Por supuesto, esto no habría funcionado si la preparación de la QCD vacío se QMA duro; el universo se habría quedado atascado, algunos de larga duración estado metaestable. Que al parecer no ocurrió, por lo que hemos cosmológico evidencia de que la preparación de la QCD vacío es fácil, incluso si PLJ han demostrado que no es (todavía).

Usted puede hacer más preguntas acerca de cómo el caluroso estado inicial estaba preparado, por qué fue tan homogénea e isotrópica, etc. lo que nos llevaría a una discusión acerca de cómo la inflación cósmica comenzó y terminó, pero eso es suficiente por ahora.