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2022 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

Planned Research

Project AreaThe Natural Laws of Extreme Universe--A New Paradigm for Spacetime and Matter from Quantum Information
Project/Area Number 21H05184
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

飯塚 則裕  大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (40645462)

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)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywordsブラックホール / エンタングルメントエントロピー / ホログラフィー / 弱い重力予想
Outline of Annual Research Achievements

量子もつれを表す典型的な指標であるエンタングルメントエントロピー(EE)は、スピン系など自由度が有限な系では完全に理解されていますが、連続的な場の理論では困難に直面します。仮に理論にUV cutoffを導入し、有限の自由度の理論にしたとしても、ゲージ理論の様にガウスの法則の制限がかかる場合、Hilbert 空間がfactorizeせず、そのような場合、EEをどう計算するのかは自明ではありません。本問題に対し、飯塚は姉川氏(大阪大)と Kabat氏(CUNY)との共同研究で昨年度提案した「砂時計法」という新しいEEの計算手法をMaxwellゲージ理論に適用し、ゲージ理論のLOCCで蒸留可能なEEを計算し、それが過去の文献で調べられている値と一致することを発見しました。これは砂時計法の有用性を示す結果です。また飯塚は、石橋氏(近畿大)、前田氏(芝浦工大)と共に 、回転しているブラックホールのアトラクター機構を調べました。重森は弦理論におけるある種のブラックホールの微視的状態の一部として表される“superstratum”と呼ばれるホライズンも特異点も持たない古典重力解を調べました。寺嶋は杉下氏(名大)との共同研究で AdS-Rindler時空の再構成法を再考し、ユニタリー性等により、正しいと信じられている、部分領域双対性、 エンタングルメントウェッジ再構成、ホログラフィック誤り訂正等が量子重力効果のため成立しない可能性があることを主張しました。野海はLau 氏(神戸大)、滝井氏(神戸 大)、玉岡氏(日本大)との共同研究でブラックホールの蒸発過程のユニタリ性の指標となる「ページ曲線」 を対称性の視点から一般化し議論しました。また野海は、 佐竹氏(神戸大)との共同研究で量子重力と無矛盾な理論模型の判別条件の1つと期待されている「弱い重力予想」の理論検証を行いました。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子もつれについての新しい手法である砂時計法がLOCCで蒸留可能なエンタングルメントエントロピーをMaxwellゲージ理論で完全に再現できたことはこの手法の正しさを示すと共に、量子もつれの新たな計算法を開く結果と見做せる。また研究分担者も各々、ブラックホールやホログラフィー、重力理論に関する研究で成果を残しており、順調に研究は進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後はエンタングルメントエントロピーや量子情報など量子情報について得られた知識を様々な時空での物理学に応用し、ブラックホールや膨張宇宙の量子重力の理解を深める研究を引き続き遂行していく。

  • Research Products

    (33 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 9 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 19 results)

  • [Int'l Joint Research] City University of New York(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      City University of New York
  • [Int'l Joint Research] TIFR(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      TIFR
  • [Int'l Joint Research] University of Pennsylvania(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Pennsylvania
  • [Journal Article] Phenomenological motivation for gravitational positivity bounds: A case study of dark sector physics2023

    • Author(s)
      Noumi Toshifumi、Sato Sota、Tokuda Junsei
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 056013

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.056013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Finite energy sum rules for gravitational Regge amplitudes2023

    • Author(s)
      Noumi Toshifumi、Tokuda Junsei
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Pages: 032

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2023)032

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stability of hairy black holes in shift-symmetric scalar-tensor theories via the effective field theory approach2023

    • Author(s)
      Khoury Justin、Noumi Toshifumi、Trodden Mark、Wong Sam S.C.
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2023 Pages: 035~035

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/04/035

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Superstrata on orbifolded backgrounds2023

    • Author(s)
      Shigemori Masaki
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2023 Pages: 099

    • DOI

      10.1007/JHEP02(2023)099

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Extractable entanglement from a Euclidean hourglass2022

    • Author(s)
      Anegawa Takanori、Iizuka Norihiro、Kabat Daniel
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: 085010

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.085010

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Flows of extremal attractor black holes2022

    • Author(s)
      Iizuka Norihiro、Ishibashi Akihiro、Maeda Kengo
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 093

    • DOI

      10.1007/JHEP09(2022)093

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Holographic local operator quenches in BCFTs2022

    • Author(s)
      Kawamoto Taishi、Mori Takato、Suzuki Yu-ki、Takayanagi Tadashi、Ugajin Tomonori
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 060

    • DOI

      10.1007/JHEP05(2022)060

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rindler bulk reconstruction and subregion duality in AdS/CFT2022

    • Author(s)
      Sugishita Sotaro、Terashima Seiji
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 041

    • DOI

      10.1007/JHEP11(2022)041

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] On the dynamics in the AdS/BCFT correspondence2022

    • Author(s)
      Suzuki Yu-ki、Terashima Seiji
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 103

    • DOI

      10.1007/JHEP09(2022)103

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Page curve and symmetries2022

    • Author(s)
      Lau Pak Hang Chris、Noumi Toshifumi、Takii Yuhei、Tamaoka Kotaro
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 015

    • DOI

      10.1007/JHEP10(2022)015

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Higher derivative corrections to black brane thermodynamics and the weak gravity conjecture2022

    • Author(s)
      Noumi Toshifumi、Satake Hibiki
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2022 Pages: 130

    • DOI

      10.1007/JHEP12(2022)130

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Dark Matter and Quantum Gravity2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      Workshop on Very Light Dark Matter, Mario Royal Kaikan, Chino, Japan
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ブラックホールの情報喪失問題とアイランド公式2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会, Online
    • Invited
  • [Presentation] ブラックホールの情報喪失問題とアイランド公式2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      ICEPP シンポジウム, Nagano Japan
    • Invited
  • [Presentation] Bootstrap Approaches to Cosmology and Gravity2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      Early Universe Mini-workshop, RIKEN, Kobe, Japan
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 量子重力と宇宙論2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      理論天文学・宇宙物理学懇談会シンポジウム 2022
    • Invited
  • [Presentation] Black Hole Extremality in Nonlinear Electrodynamics and Weak Gravity Conjecture2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      NTU-Kyoto high energy physics workshop, National Taiwan University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gravitational Positivity and (Beyond) the Standard Model2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      Annual theory meeting of National Center of Theoretical Science 2022, National Taiwan University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gravitational Positivity and (Beyond) the Standard Model2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology 2022, KEK
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] S-matrix approach to the Swampland Program2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      Yamagata University, Yonezawa
    • Invited
  • [Presentation] ER=EPR for de Sitter2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      Extreme universe collaboration annual meeting, Kobe
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 相対エントロピーと重力理論2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      熱場の量子論, YITP
    • Invited
  • [Presentation] Introduction to the Swampland Program2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      Summer Institute 2022
    • Invited
  • [Presentation] ブラックホールの情報喪失問題とアイランド公式2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      Workshop on General Relativity, Cosmology, and Black Hole Information Paradox, Nagoya University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fractional modes and superstrata2023

    • Author(s)
      Masaki Shigemori
    • Organizer
      Quantum extreme universe from quantum information, YITP
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ブラックホールの情報喪失問題とアイランド公式2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      原子核三者夏の学校における集中講義
    • Invited
  • [Presentation] Introduction to AdS/CFT2023

    • Author(s)
      Norihiro Iizuka
    • Organizer
      第2回極限宇宙スクール
    • Invited
  • [Presentation] Positivity and the Swampland2023

    • Author(s)
      Toshifumi Noumi
    • Organizer
      YITP workshop -Gravity: current challenges in black hole physics and cosmology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Entanglement between two gravitating universes2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      International workshop "Informational architecture of spacetime, OIST
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Entanglement between two gravitating universes2023

    • Author(s)
      Tomonori Ugajin
    • Organizer
      International workshop "Qubits on the Horizon 2: Aruba 2022, DIVI VILLAGE GOLF & BEACH RESORT, Aruba
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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