2023-08-01 (Strings 2023)

弦论大会!
可能随着年龄的增加,对strings的热情会减退。不过就像菜鸟玩家喜欢看比赛一样,看看大家都在思考什么样的问题,也能感受到思维上的一些愉悦!
今年strings 还有 it from qubit是连着开的,有趣的报告还真有些看不过来。

R21 A background Independent Algebra for Quantum Gravity

Maldacena在昨天的it from qubit上说:70年代的时候,引力可能是流体力学。AdS/CFT之后,引力可能是量子纠缠,复杂度。而现在我们开始了 “algebraic geometry”的时代。这个algebraic geometry 当然不是指数学的代数几何,而是指量子力学的数学框架Von Neumann algebra。algebra和几何的关系,也是过去一年的研究热点。

可能沿着方向努力的一个小的阶段胜利是搞清楚algebra 与 entanglement,complexity的关系。

这次Witten 的talk其实和他去年strings上talk是基于同一篇工作:关于dS 时空的代数。
通常我们定义operator algebra代数的时候,需要选一个Hilbert space,也就是要选一个时空截面( Cauchy 面 )来做量子化。但是对于量子引力,时空本身就是有quantum state 来决定的,所以似乎我们先验的选一个参考背景对引力量子化。这也是量子引力里经常讨论的背景依赖问题。如果不能定义Hilbert space那么怎么定义代数呢?
Witten的方法是通过引入一个观察者。存在一个所谓timelike tube theorem:就是观察者观察到的operator algebra 与通常的QFT定义在某个open set上的算符代数等价。

上次的报告是说,引入观察者的带来一个额外的好处是,operator algebra 从Type III 变成 Type II 了。这样就可以density matrix还有entropy difference。也确实他们推导了出了generalized entanglement entropy的公式
S_{gen}=\frac{A}{4G_N}+S_{out}

但是有点遗憾的是,从代数出发Witten他们的理论是得到S_{gen},也就是说并不能直接得到面积项。用Witten的原话是,他们只能看到entanglement O(1)的部分并不能看到O(1/G_N)的部分。

比如,通过Type II代数直接定义的entanglement entropy就是一个常数,似乎看不到有关几何的任何信息。

Witten最后是给了一些可能解决这个问题的一些想法,不过目前看起来只是一些和代数本身无关的比较人为的proposal。

"algebraic geometry" 还是比较迷茫的吧。

R20 Algebraic ER=EPR

假设Bulk reconstruction,其实可以从代数的角度来确定RT surface的:就是在bulk里找一个subregion使得得到的bulk algebra 与边界subregion的algebra是等价的。这是一个定义性质的构造,也不需要引入entanglement。

似乎有必要我们要重新思考一下entanglement的定义。比如当我们说ER=EPR的时候,我们说的entanglement是什么意思?
通常我们当然会认为,这个EPR的纠缠就是量子力学的纠缠,是定义在Type I algebra 中的。但是我们实际上考虑的entanglement确实QFT中的entanglement。而在QFT里,代数是Type III。所以我们可能会问

  1. 在本来是Type III代数描述的QFT中通常算出来的entanglement与Type I里的entanglement有什么区别?可以用Bell pair 来理解吗?可以用来做quantum computation吗?
    当然严格来讲,一对纠缠的光子,是可以用QFT 来描述的。也就是说,我们实际用来做量子计算时候用到的qubit原则上是可以用QFT描述的。但是在QFT中,似乎我们不能严格定义entanglement。

不严格的来说,虽然QFT是Type III的,但是我们可以选取一些正规化的办法来定义和计算entanglement。那么问题是这样得到的entanglement是可以用Bell pair 来理解的吗?

  1. 回到ER=EPR,我们刚刚似乎可以定义不同的entanglement。那么ER是等于什么哪个?

Netta之前有个工作其实从某种程度上指出了这个问题。她考虑黑洞蒸发在Page time 的前后,霍金辐射纠缠解构应该完全不同的,但是他们可以有同样的entanglement entropy (或者其他已知的entanglement measure)。

Netta认为(可能有些人会不同意这一点)
Page time 之前,可以认为黑洞区域和辐射区域在时空中不连接的;
Page time 之后, 因为island 的存在,黑洞区域与辐射区域在时空中是连接起来。

怎么用entanglement+ER=EPR来判断时空是否光滑呢?这样想的话,似乎与firewall也有一些联系。
可能就像某些人期待的,如果我们能严格弄清楚QFT的entanglement究竟是什么,会解决很多问题,比如information paradox,比如firewall。

entanglement搞不清楚,Netta建议我们用algebra。看辐射的density matrix 是来自一个哪个Type 的algebra。
因为Type III algebra 不能定义density matrix,我们不能直接做个判断。
Netta的办法是,我们purify 辐射,得到的一个pure state,然后看这个state生成的代数是哪个Type的。

如果是Type III,那么 存在ER, 也就是wormhole把辐射和黑洞相连。
如果是Type I,没有虫洞。
Type II 呢? 相连,又没完全相连:存在quantum wormhole。。

值得注意的是,purify的方案不是唯一的,最后得到的state也是不同的,所以这个结论可能受这个purify的方案影响?为了回避这个问题,Netta是考虑了canonical 的purification。

所以说是想法很好,不过感觉"algebraic geometry" 还是比较迷茫的吧。就像当初QFT的发展一样,迷茫并不是一个坏事吧。

R1 Cosmic ER=EPR

Strominger 的 dS/CFT duality。

dS有点像黑洞,那么能不能构造QFT的state来反映dS "thermal"的性质。比如怎样构造类似thermo field double这样的state。

dS/CFT也有想celestial CFT一样,只是有对称性。然后利用对称性可以对关联函数进行限制,但是对称性是否对应一个良好的CFT呢?

比如一个问题是这个CFT是不是Hermitian 的?

R24 A fake explanation of sub-maximal chaos

R23 A holographic dual for Krylov complexity

两个有关SYK的报告。

Henry Lin之前的一个工作很有意思,就是从double scaled SYK 出发,构造JT gravity Hilbert space。这样我们有了一个比较精确的的量子力学与引力的对应。这样我们就可以算很多东西,然后看他们分别在量子力学和引力对应了什么。

特别是double scaled SYK 给出了一个JT 引力里空间长度的一个量子化的定义。在空间方向,可以定义translation 的算符。还可以在构造出完整的AdS2对应的SL(2,R) 算符。通过这些对称性操作,在长度的基础上,就应该可以完整得到整个AdS2的geometry。
然后可以问这样通过对称性得到的geometry是不是就是对应JT gravity的AdS geometry?

当SYK的coupling为无穷的时候,才会一样。一般是不同的,所以double scaled SYK 是对应了一个在fake geometry 上的 JT。

我们知道描述混沌的Lyaponov指数有个上界 \frac{2\pi}{\beta} , 这里\beta 是Euclidean AdS2的周长。fake geometry的周长要比真正的geometry周长长一些,结果就是double scaled SYK对应的上界是\frac{2\pi}{\beta v}。也就是说在fake geometry上double scaled SYK是maximally chaotic的,但是在真正的geometry他不是。

也可以反过来想,maximally chaotic可以通过SL(2,R)对称性的存在来argue得到。那么double scaled SYK具有SL(2,R)对称性,为什么不是maximally chaotic的呢?答案就是,double scaled SYK的对称性并不是和JT gravity 的SL(2,L)对称性作用空间不完全一样。

有了Hilbert 空间和operator的对应,我们当然来看Krylov complexity在JT gravity里面的对应。

R21 Emanant Symmetries

Seiberg 关于对称性的最新工作!在今年的TASI也讲过。
用这PPT来概括吧。

Screenshot 2023-08-01 at 19.51.16.png

有意思的一个地方是他解决了一个puzzle:

在IR理论里这个emanant symmetry 如果有‘t Hooft anomaly的话,似乎并不能match UV的anomaly,因为这个symmetry并不是UV理论的internal symmetry。但是其实在IR的exact internal symmetry 并不是来源UV的internal symmetry,而是space symmetry。所以在UV理论,要看到这个anomaly,一个办法是在partition 里加入一个和translation相关的chemical potential。

另外比较感兴趣的是Daniel Jafferis的关于ensemble CFT的报告,期待一下文章。random matrix+random tensor,因为CFT的data出了spectrum还有OPE,其中一个对应matrix 一个对应tensor。感觉还是很技术的工作,像他们那个random matrix+matter那个,结果可能不一定很清楚。

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