Жизнь в голограмме

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Дэн Харлоу проводит много времени, размышляя о вселенной-бумеранге.

Физик Массачусетского технологического института ищет ответы на один из самых важных вопросов современной физики: как наша Вселенная может подчиняться двум несовместимым сводам правил?

Первая — Стандартная модель физики — представляет собой квантово-механическую теорию частиц, полей и сил, а также способов их взаимодействия, образуя Вселенную, в которой мы живем. Вторая — общая теория относительности Эйнштейна — описывает влияние гравитация и то, как фундаментальная сила объединяет материю для построения планет, галактик и других массивных объектов.

Обе теории замечательно преуспевают в своих областях. Однако теория Эйнштейна терпит неудачу при попытке описать, как гравитация работает в квантовых масштабах, в то время как квантовая механика делает предсказания, искажающие реальность, когда она применяется в огромных космических измерениях. Более столетия физики искали способы объединить две теории и добраться до истины о том, что движет нашей Вселенной.

Харлоу подозревает, что любая связующая нить в нашей существующей вселенной может оказаться слишком тонкой, чтобы ее можно было уловить. Вместо этого он ищет ответы в версии «бумеранга» — альтернативной реальности, которая складывается сама по себе, во многом подобно траектории бумеранга, а не растягивается и расширяется без конца, как это делает наша реальная Вселенная. Квантовую гравитацию в этой вселенной-бумеранге оказывается легче понять, поскольку ее можно переформулировать в терминах традиционной квантовой теории (без гравитации), используя мощную идею, называемую голографической дуальностью. Это значительно упрощает рассмотрение, по крайней мере, с теоретической точки зрения.

В этой ситуации бумеранга Харлоу сделала несколько захватывающих и неожиданных открытий. Он показал, например, что уравнения, описывающие поведение гравитации в этой «игрушечной» вселенной, — это те же самые уравнения, которые управляют квантовыми кодами, исправляющими ошибки, которые, как мы надеемся, вскоре будут использоваться для создания реальных квантовых компьютеров. То, что математика, описывающая гравитацию, может иметь какое-то отношение к защите информации в квантовых компьютерах, само по себе стало неожиданностью. Тот факт, что оба явления имеют одну и ту же физику, по крайней мере, в этой альтернативной вселенной, предполагает потенциальную связь между теорией Эйнштейна и квантовой механикой в ​​реальной вселенной.

Открытие, которое Харлоу сделал в качестве постдока в Принстонском университете в 2014 году, открыло новые направления в изучении как квантовой гравитации, так и квантовой теории информации. С момента прихода в Массачусетский технологический институт и Центр теоретической физики в 2017 году Харлоу продолжил поиск фундаментальных связей между общей теорией относительности и квантовой механикой, а также того, как они могут пересекаться в контексте черных дыр и космологии.

«Одна из вещей, которая была забавной, заключается в том, что хотя в физике и в целом в науке мы все изучаем разные системы и эксперименты, многие идеи одинаковы», — говорит Харлоу, доцент, получивший должность в 2022 году. «Итак, я стараюсь иметь непредвзятость, держать уши открытыми и искать, как все может быть связано».

«Гуманистическая философия»

Харлоу родился в Цинциннати и в детстве переехал со своей семьей в Бостон, где провел несколько лет, прежде чем семья снова переехала, пустив корни в Чикаго. Когда ему было 10 лет, он начал брать уроки игры на фортепиано, сосредоточившись сначала на классической музыке, а затем на роке. В средней школе он играл на клавишных в различных группах, прежде чем нашел свое призвание в более свободном, импровизационном стиле джаза.