Esta semana comenzó en el Instituto Balseiro una reunión internacional que busca generar un diálogo entre distintas ramas de la física teórica. Entre otros invitados, participa el Premio Nobel holandés Gerardus 't Hooft y el físico argentino Juan Martín Maldacena. El evento es organizado docentes del Balseiro.

Fecha de publicación: 05/01/2018

Alrededor de 120 físicos de distintas regiones del mundo están participando de la reunión “It from Qubit” del 4 al 13 de enero en el Instituto Balseiro, una instutición dependiente de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) y la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Tienen como objetivo principal entrecruzar ideas y herramientas teóricas en campos como la mecánica cuántica, la relatividad general y la información cuántica. Es realizada con el apoyo de la Simons Foundation.

La relatividad general, planteada por Einstein hace más de un siglo, explica la gravedad como una geometría del espacio-tiempo y explica fenómenos a grandes escalas. La mecánica cuántica, por el contrario, logra entender fenómenos a pequeñas escalas, en las interacciones de las partículas. Uno de los grandes desafíos es unificar ambas posturas, y ahí entra en juego la información cuántica, que busca explicar por ejemplo la gravedad en objetos como los agujeros negros (ver recuadro).

Uno de los expositores invitados de la reunión local es Gerardus 't Hooft, Premio Nobel en Física de 1999, que es reconocido a nivel mundial por la profundidad y originalidad de sus ideas, entre las que se cuentan por ejemplo la del “principio holográfico” del universo. También está presente, como expositor y docente, Juan Martín Maldacena, que trabaja el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (donde trabajó Einstein) y que es graduado del Instituto Balseiro, que depende de la Comisión  Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo). 

El evento comenzó con un workshop el jueves 4 de enero y durará tres días. En esta primera parte del encuentro, destacados investigadores expondrán sobre áreas científicas que incluyen cuerdas y campos cuánticos, gravedad cuántica, e información cuántica. A continuación, del 8 al 13 de enero, se realizará una escuela dirigida estudiantes de doctorado y posdoctorandos que trabajan en áreas vinculadas. Incluirá clases, debates y sesiones de resolución de problemas además de seminarios informales.

“Esta reunión está inscripta dentro de la colaboración ‘It from Qubit’, que es financiada por la Fundación Simons. Esta colaboración reúne 17 investigadores de distintas partes del mundo, además de postdocs y estudiantes de doctorado con el objetivo de investigar las conexiones entre la teoría de información cuántica, la gravedad y la teoría de campos. En otras palabras, de entender como la física fundamental se relaciona con la teoría de la información”, explicó una de las organizadoras locales, la Doctora en Física Marina Huerta.

“Uno de los objetivos principales es ‘decodificar el holograma’, entender cómo funciona la teoría de la gravedad cuántica en términos de física no gravitatoria, el ‘holograma’ formulado por Juan Martín Maldacena. La organización de la escuela para estudiantes avanzados es parte del objetivo de formar una nueva generación de físicos que sea capaz de hablar el lenguaje tanto de la física de altas energías como de la teoría de información cuántica”, agregó su co-equiper el Doctor en Física Horacio Casini.

Huerta y Casini destacaron la participación de Juan Martín Maldacena, que es integrante de la colaboración “It From Qubit” y que fue uno de los impulsores de que este evento se realice en Bariloche. Maldacena es además miembro del comité organizador internacional. Este jueves fue uno de los oradores del Workshop y durante la escuela brindará una clase sobre “Agujeros negros y la paradoja de la información perdida”.

“La idea es encontrar conexiones entre las comunidades que trabajan en información cuántica y en gravedad, y entender cómo la información cuántica se organiza y se transforma cuando uno tiene sistemas gravitatorios. Uno de los temas que buscamos entender es cómo los agujeros negros procesan la información cuántica”, contó, por su parte, Juan Martín Maldacena. Ante la consulta de por qué se eligió esta ciudad como sede del evento, respondió que se propuso hacer “en Bariloche porque acá está el grupo de Casini, Huerta y Torroba que están trabajando en temas en esta dirección”.

El Premio Nobel Gerardus 't Hooft realizó una presentación este viernes ante el público de investigadores y estudiantes. “Esta reunión forma parte de una gran serie de encuentros sobre estos temas. Me gusta el título de esta reunión, ‘It from Qubit’ aunque se podría llamar ‘Qubit from it’. El encuentro sirve para escuchar qué piensa otra gente de los problemas en los uno trabaja. Queremos estar en contacto, intercambiar ideas”, contó 't Hooft, que obtuvo el Premio Nobel en Física junto con Martinus Veltman por “elucidar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles (una de las fuerzas de la naturaleza que son descriptas por el modelo Estándar de la física de partículas).

El Doctor 't Hooft ha hecho importantes contribuciones a la teoría cuántica de partículas elementales, y sus trabajos subyacen muchos de los temas de interés para la colaboración “It from Qubit”. “En particular, él fue un pionero indicando en 1993 que la consistencia de la existencia de agujeros negros con la mecánica cuántica implicaba que la teoría de la naturaleza debería ser holográfica”, contó Casini.

“Con su principio holográfico, ‘t Hooft planteó que detrás de la apariencia de cuatro dimensiones de nuestro universo, de tres dimensiones espaciales y el tiempo, debería haber una formulación de solo tres dimensiones, con una dimensión menos”, dijo Huerta. Y explicó que desde una perspectiva diferente, Juan Martín Maldacena en 1998 presentó una realización concreta de una teoría holográfica.

Otro de los expositores, Alexei Kitaev, de Caltech, destacó que la importancia de esta reunión es que hay gente que trabaja en temas similares. “En mi trabajo, pensamos en cómo la información está escondida en los agujeros negros y en cómo recuperarla. Hay aspectos de la información cuántica que podrían ser útiles para comprender cómo inventar algoritmos para la computación cuántica, aunque muchos de los que estamos aquí interesados en la gravedad cuántica no entendemos la pérdida de información cuántica”, contó el investigador.

Ante la consulta sobre la importancia de este encuentro, Kitaev destacó: “Es lindo hablar con distintas comunidades de físicos. La mayoría de la gente que está acá viene de la física de partículas de altas energías o de materia condensada y traen consigo distintas ideas. Por supuesto es muy bueno poner las ideas juntas y ver si encontramos algo nuevo”.

El evento reúne a representantes de distintas naciones. De Latinoamérica, hay 30 participantes, de Argentina, Chile, Uruguay y Brasil. También participan físicos de los Estados Unidos y Canadá, Japón, China, Israel, Irán, India y varios países europeos, como Inglaterra, España, Holanda y Alemania.

El comité científico está compuesto por Dorit Aharonov, de la Hebrew University of Jerusalem; Horacio Casini y Javier Magan, del Instituto Balseiro; Aitor Lewkowycz, de la Stanford University; Vijay Balasubramanian, de la Penn University; Juan Martin Maldacena, del Institute of Advance Studies de Princeton; y Robert Myers, del Perimeter Institute.

Los organizadores locales son integrantes del grupo de Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche: Ellos son: Raúl Arias, Horacio Casini, Marina Huerta y Gonzalo Torroba, que son investigadores del CONICET y profesores del Instituto Balseiro; Javier Magan, posdoctorado de It from Qubit, y Diego Pontello y Eduardo Teste, doctorandos en el Balseiro con beca del CONICET.

¿Por qué esta reunión y la iniciativa internacional que la enmarca se llaman “It from Qubit”? Es que las distintas comunidades que participan de las mismas buscan explicar el espacio-tiempo desde la información cuántica (“qbuit”), o en otras palabras, si la realidad (“it”) surge de fenómenos cuánticos. Un desafío que sin dudas dará mucho qué pensar.

Más información sobre esta reunión: http://fisica.cab.cnea.gov.ar/itfromqubit/

RECUADRO

PUENTES ENTRE DISTINTAS TEORÍAS

Financiado por un subsidio de la Simons Foundation, el encuentro “It from Qubit” es un esfuerzo de gran escala organizado por algunos investigadores líderes de las comunidades para mejorar la comunicación, la educación y la colaboración entre las mismas, con el objetivo de avanzar en ambos campos y también de resolver algunos de los problemas más importantes de la física. La reunión realizada en Bariloche es uno de los encuentros que se están haciendo dentro de esta iniciativa.

Ahora bien, ¿de qué se tratan los enfoques que están presentes en la reunión “It from Qubit” que se está haciendo en el Instituto Balseiro? La mecánica cuántica es la teoría que se enfoca en el mundo “nano”, y que logra explicar las interacciones entre partículas a través de los “cuantos” o paquetes de materia o radiación, mientras que la relatividad general es la teoría de Einstein que explica la gravedad y sus efectos que se pueden detectar en grandes cuerpos, como los planetas y las estrellas.

La información cuántica, por su lado, es una teoría que surgió inspirada en la teoría de la información de los ’60 y que reformula lo que se conoce acerca del envío de información en términos de cuantos o paquetes que surgen naturalmente de la teoría cuántica. Uno de los conceptos fuertes en esta teoría es el “entrelazamiento” o interconexión de los pequeños pedacitos de información, los qubits.

Esta reunión, que tiene como objetivo generar puentes entre las distintas posiciones y teorías mencionadas, se guía con varios interrogantes. Si el espacio-tiempo emergió del entrelazamiento, si tienen interior los agujeros negros, si el universo existe fuera de nuestro horizonte son algunas de las preguntas que los desvelan. Completan la lista: cuál es la estructura teórica de la información de las teorías de campos cuánticos, si pueden las computadoras cuánticas simular todos los fenómenos físicos, y cómo fluye la información cuántica en el tiempo. Más información: https://www.simonsfoundation.org/mathematics-physical-sciences/it-from-qubit/

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San Carlos de Bariloche, 05/01/2018

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