Onderzoekers van de Academie onderzoeken de gevolgen van lokaliteit voor metingen verspreid in de ruimtetijd. Hun artikel is nu gepubliceerd in het tijdschrift Nature Kwantuminformatie .

Lokaliteit is een fundamenteel principe achter alle fysieke interacties. Het zegt dat elk fysiek systeem alleen kan communiceren met andere systemen in de directe omgeving, zodat interacties tussen twee verre objecten moeten worden bemiddeld door een tussenpersoon. Bijvoorbeeld, in het bekende geval van radiocommunicatieapparatuur en mobiele telefoons, die informatie over een afstand verzenden en ontvangen, de rol van de tussenpersoon wordt gespeeld door elektromagnetische golven. De deeltjesfysica leert ons dat elementaire deeltjes zich op dezelfde manier gedragen. Als twee van hen een kracht op elkaar uitoefenen, dit gebeurt niet onmiddellijk over afstand, eerder door een uitwisseling van een deeltje dat die kracht plaatselijk bemiddelt. Een belangrijk gevolg van de plaats van interacties is dat veel fysieke systemen, zoals vaste stoffen en kwantumvelden die elementaire deeltjes beschrijven, voldoen aan de zogenaamde "gebiedswet" eigenschap.

Alice en Bob

Om uit te leggen wat deze eigenschap betekent, stel je twee waarnemers Alice en Bob voor, die metingen uitvoeren aan de samenstellende delen van een heel fysiek systeem. Alice kan alleen de delen meten die binnen een ruimtegebied liggen dat door een grens is gescheiden van de rest van de ruimte; terwijl Bob metingen kan doen aan de onderdelen die buiten de regio van Alice liggen. De "gebiedswet" betekent ruwweg dat de mate waarin de uitkomsten van de metingen van Alice en Bob zijn gecorreleerd, wordt bepaald door het gebied van de grens die de regio van Alice scheidt van de regio's van Bob, in plaats van door het volume van de regio. Dit is enigszins verrassend, zoals vele andere thermodynamische of informatieve grootheden, zoals energie of entropie, schaalt meestal met het volume en niet met het gebied van de beschouwde regio.

Kwantummechanica en zwaartekracht

Terwijl gebiedswetten doorgaans worden geformuleerd in termen van ruimtegebieden (zoals in ons voorbeeld), Einsteins relativiteitstheorie, waarin ruimte en tijd verenigd zijn tot één ruimtetijd, leert ons dat de juiste beschrijving van natuurkunde moet zijn in termen van interacties die lokaal zijn in de ruimtetijd. Dit roept de vraag op of de gebiedsrechtelijke eigenschap kan worden veralgemeend naar regio's in de ruimtetijd. Vooral, stel je voor dat Alice nu voor een beperkte tijd toegang krijgt tot een deel van het systeem dat is opgesloten in een ruimtelijke doos waarin ze verschillende metingen kan doen, zodat al haar metingen worden uitgevoerd binnen een vierdimensionale ruimtetijdbox. Bob heeft toegang tot het systeem op elk punt in de ruimtetijd dat zich buiten de doos van Alice bevindt. In een nieuwe publicatie in Kwantuminformatie onderzoekers van het Vienna Institute for Quantum Optics en Quantum Information van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen onderzoeken of de grens van dit vierdimensionale ruimtetijdgebied ons iets kan vertellen over de mate van correlaties tussen de uitkomsten van Alice's en Bob's metingen.

In het artikel, de auteurs laten zien dat een gebiedswet geldt voor ruimtetijdgebieden als het fysieke systeem in kwestie bestaat uit deeltjes die lokaal op elkaar inwerken. Ĉaslav Brukner, groepsleider bij het academie-instituut en co-auteur van de studie, commentaar:"Dit werk legt een verband tussen kwantumcorrelaties en ruimtetijdgeometrie. Deze inzichten kunnen nuttig zijn voor de ontwikkeling van toekomstige theorieën die kwantummechanica en zwaartekracht verenigen."