Los investigadores de la Academia exploran las consecuencias de la localidad para las mediciones distribuidas en el espacio-tiempo. Su artículo ahora ha sido publicado en la revista Nature. Información cuántica .

La localidad es un principio fundamental detrás de todas las interacciones físicas. Dice que cada sistema físico solo puede interactuar con otros sistemas en su vecindad inmediata, de modo que las interacciones entre dos objetos distantes deben ser mediadas por un intermediario. Por ejemplo, en el caso familiar de los dispositivos de radiocomunicación y los teléfonos móviles, que envían y reciben información a distancia, el papel del intermediario lo desempeñan las ondas electromagnéticas. La física de partículas nos dice que las partículas elementales se comportan de manera similar. Cuando dos de ellos ejercen una fuerza el uno sobre el otro, esto no sucede instantáneamente a distancia, más bien por un intercambio de una partícula que media esa fuerza localmente. Una consecuencia importante de la localidad de interacciones es que muchos sistemas físicos, tales como sólidos, así como campos cuánticos que describen partículas elementales, satisfacen la propiedad llamada "ley de área".

Alice y Bob

Para explicar lo que significa esta propiedad, imagina dos observadores Alice y Bob, que realizan mediciones en las partes constituyentes de un sistema físico completo. Alice solo puede medir las partes que se encuentran dentro de una región del espacio que está separada por un límite del resto del espacio; mientras que Bob puede realizar mediciones en las partes que se encuentran fuera de la región de Alice. La "ley del área" significa aproximadamente que el grado en que los resultados de las mediciones de Alice y Bob están correlacionados está determinado por el área del límite que separa la región de Alice de las regiones de Bob, más que por el volumen de la región. Esto es algo sorprendente, tantas otras cantidades termodinámicas o informativas, como la energía o la entropía, normalmente se escala con el volumen y no con el área de la región considerada.

Mecánica cuántica y gravedad

Si bien las leyes de área se formulan típicamente en términos de regiones del espacio (como en nuestro ejemplo), La teoría de la relatividad de Einstein, en el que el espacio y el tiempo se unifican en un solo espacio-tiempo, nos enseña que la descripción adecuada de la física debería ser en términos de interacciones que son locales en el espacio-tiempo. Esto plantea la cuestión de si la propiedad de la ley del área puede generalizarse a regiones en el espacio-tiempo. En particular, Imagine que ahora Alice tiene acceso a una parte del sistema confinada en una caja espacial durante un tiempo limitado en el que puede realizar varias mediciones, de modo que todas sus medidas se realizan dentro de una caja espaciotemporal de cuatro dimensiones. Bob puede acceder al sistema en cualquier punto del espacio-tiempo que esté fuera de la caja de Alice. En una nueva publicación en Información cuántica Investigadores del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena de la Academia de Ciencias de Austria investigan si el límite de esta región del espacio-tiempo de cuatro dimensiones puede decirnos algo sobre el grado de correlación entre los resultados de las mediciones de Alice y Bob.

En el artículo, los autores muestran que una ley de área es válida para las regiones del espacio-tiempo si el sistema físico en consideración consiste en partículas que interactúan localmente. Ĉaslav Brukner, líder de grupo en el instituto de la academia y coautor del estudio, comenta:"Este trabajo proporciona una conexión entre las correlaciones cuánticas y la geometría del espacio-tiempo. Estos conocimientos pueden resultar útiles para el desarrollo de futuras teorías que unan la mecánica cuántica y la gravedad".