2021 Fiscal Year Annual Research Report
量子情報を用いた量子ブラックホールの内部の物理学の解明
| Project Area | The Natural Laws of Extreme Universe--A New Paradigm for Spacetime and Matter from Quantum Information |
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| Project/Area Number |
21H05184
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
飯塚 則裕 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (40645462)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇賀神 知紀 京都大学, 白眉センター, 特定助教 (00837239)
寺嶋 靖治 京都大学, 基礎物理学研究所, 助教 (20435621)
野海 俊文 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (30709308)
重森 正樹 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (60608256)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Keywords | 弦理論 / ブラックホール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子もつれの指標となるエンタングルメントエントロピーはHilbert 空間が直積の構造を持たない場合、スピン系のような定義が使えない。しかしブラックホールに等価な場の理論はゲージ理論である（ゲージ重力対応）。故にゲージ理論における量子もつれを理解することは、ゲージ重力対応、ひいてはブラックホールを理解する上で非常に重要であることは明らかであろう。ゲージ理論では、ガウスの法則等によりHilbert空間が直積の構造をもたず、Bell Pair に相当するエンタングルメントエントロピーの計算は単純な経路積分の結果と食い違う。City University of New York (米国)の Daniel Kabat 氏とともに姉川尊徳、飯塚則裕は、砂時計法という新しい手法を開発、またさらにそれを発展させ、エンタングルメントを引き起こす断面領域が球面の場合、この砂時計法により経路積分から Bell Pair に相当する正しい係数をゲージ理論で導くことに成功した。
また量子情報の概念とゲージ重力対応を融合させブラックホールの内部を理解するためには量子情報の専門家から量子情報の概念を学ぶ必要がある。交流研究会を積極的に開催し、互いに知見を共有する場を設けた。量子情報の専門家との交流研究会は100人を超える参加者があり、弦理論の方から最近のアイランド公式（B01班、飯塚、宇賀神）、量子情報の専門家からPetz map（Buscemi, A01班）やHayden-Preskillモデル（中田, A01班、田嶋）について知見を共有できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交流研究会も活発な議論をおこない、互いの知見を交換し、活発な議論がおこなわれ非常に有益であった。
また砂時計法もより理解が深まり、ゲージ理論のエンタングルメントについてもさらなる知見を深めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
交流研究会などで得られた知識を量子ブラックホールの研究に活かした研究を推し進めていく。
また新たに雇用する研究員たちと共に、ブラックホールの内部を読み解く研究や、ブラックホールに等価な量子多体系を調べる研究、および宇宙への応用も念頭に入れたde Sitter空間のホログラフィー等の研究を推し進めていく。
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