Research of spacetime quantum information and quantum measurement

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03838
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Hotta Masahiro 東北大学, 理学研究科, 助教 (60261541)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ブラックホール / 量子宇宙 / 量子重力 / 量子情報 / 量子測定理論 / 機械学習

Outline of Final Research Achievements

(1) In-depth analysis of quantum switches led to the derivation of inequalities regarding the signal-to-noise ratio (SNR). (2) Investigation into the dynamic mirror model of black holes resulted in the derivation of formulas for the purification partners of Hawking particles and the study of quantum information capsules in chaotic quantum systems. (3) Research on asymptotic symmetries led to the discovery of new symmetries and generators of quantum information. (4) Proposals were made regarding the role of machine learning in constructing quantum measurement theories and in superstring theory. (5) Hypotheses were formulated concerning the complementarity of generators of asymptotic symmetries observed by metric measurement devices and predictions were made regarding quantum universe simulators. (6) A novel formulation of the Leggett-Garg inequality concerning macroscopic reality was developed, along with a protocol for quantum state generation based on machine learning.

Free Research Field

量子情報物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在まで量子時空を記述する完成された量子重力理論は存在していないが、その１つの理由として量子時空の量子測定理論の欠如が挙げられる。この分野はほとんど未開拓であるが、本研究の成果によってそのような量子測定理論の性質の一部は明らかになった。特に時空の計量テンソルを測定する計量測定機の概念は重要であり、例えばブラックホールの地平面上に現れて、ブラックホールの熱的エントロピーの起源になると期待をされているミクロ状態は、観測者依存性をもつ創発的な概念であることがはっきりしてきた。量子的粒子の位置と運動量が同時測定可能でないのと同じように、地平面の物理量の間にも相補的関係があるという示唆は意義が大きい。