Xây một “sân chơi” toán học để nghiên cứu thông tin lượng tử
Trong một nghiên cứu mới từ Viện Skoltech và trường đại học Kentucky, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một kết nối mới giữa thông tin lượng tử và lý thuyết trường lượng tử. Công trình này chứng thực cho vai trò ngày một lớn của lý thuyết thông tin lượng tử trên khắp các lĩnh vực vật lý.
Bài báo được xuất bản trên Physical Review Letters “Solutions of Modular Bootstrap Constraints from Quantum Code” 1.
Thông tin lượng tử đóng vai trò ngày một quan trọng như một yếu tố kết nối nhiều nhánh của vật lý. Cụ thể, lý thuyết hiệu chỉnh nhiễu lượng tử, vốn được miêu tả cách bảo vệ và phục hồi thông tin trong các máy tính lượng tử và những hệ tương tác phức tạp khác, có thể trở thành một trong những yếu tố cơ bản làm nên hiểu biết về thuyết hấp dẫn lượng tử hiện đại.
“Thông thường, thông tin lượng tử lưu trữ trong nhiều hệ vật lý đã được địa phương hóa. Có thể nói, một tệp máy tính có thể được chứa trong một khu vực nhỏ cụ thể trong phần cứng. Với “nhiễu” chúng tôi muốn ngụ ý đến những điều không biết trước hoặc bất kỳ tương tác không mong mốn nào làm phân tán thông tin khắp một khu vực rộng. Trong ví dụ của chúng tôi, các phần của tệp máy tính có thể bị phân tán khắp các khu vực khác nhau của phần cứng. Những mã hóa hiệu chỉnh nhiễu là các công cụ toán học cho phép thu thập các phần đó lại với nhau hoặc phục hồi thông tin nguyên trạng. Chúng là điểm gây khó sử dụng trong lưu trữ dữ liệu và các hệ truyền thông. Các mã hóa hiệu chỉnh nhiễu lượng tử đóng vai trò tương tự trong nhiều trường hợp khi bản chất lượng tử của hệ vật lý đóng vai trò quan trọng”, Anatoly Dymarsky, phó giáo sư làm việc tại Trung tâm Khoa học và công nghệ năng lượng Skoltech (CEST), giải thích.
Trong một chuyển động bất ngờ, các nhà vật lý nhận ra không cách đây không lâu hấp dẫn lượng tử – một lý thuyết miêu tả động lực học lượng tử của không thời gian – được vận hành bằng các chuẩn thức toán học tương tự để trao đổi thông tin giữa các phần khác nhau của không gian. “Định xứ của thông tin trong hấp dẫn lượng tử vẫn là một trong vài bài toán mở cơ bản của vật lý lý thuyết. Điều đó giải thích tại sao xuất hiện các cấu trúc toán học đã được nghiên cứu nhiều như các mã hóa hiệu chỉnh nhiễu lượng tử lại hấp dẫn”, Dymarsky lưu ý. Vai trò của mã hóa vẫn còn được hiểu một cách sơ lược và cơ chế bên trong định xứ của thông tin vẫn còn chưa được biết hết.
Trong nghiên cứu mới, anh và đồng nghiệp là Alfred Shapere ở Khoa Vật lý và Thiên văn của trường đại học Kentucky, đã thiết lập một kết nối mới giữa các mã hóa hiệu chỉnh nhiễu lượng tử và các lý thuyết bảo giác hai chiều. Các công trình trước miêu tả các tương tác của những hạt lượng tử và đã trở thành những công cụ lý thuyết tiêu chuẩn để miêu tả nhiều hiện tượng khác nhau, từ các hạt cơ bản đến sự đột sinh của các giả hạt trong các vật liệu lượng tử như graphene. Một vài lý thuyết trong các lý thuyết trường bảo giác đã miêu tả hấp dẫn lượng tử thông qua tương ứng toàn ảnh.
“Hiện giờ chúng ta đã có một sân chơi mới để nghiên cứu về vai trò của các mã hóa hiệu chỉnh nhiễu lượng tử trong bối cảnh lý thuyết trường lượng tử. Chúng tôi hi vọng đây là bước đầu tiên để hiểu về cách định xứ thông tin hoạt động trên thực tế như thế nào và cái gì còn ẩn giấu đằng sau tất cả những vẻ đẹp toán học lộng lẫy này”, Dymarsky kết luận.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-08-physicists-built-mathematical-playground-quantum.html
——
1. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.161602
