在过去的六个月里Juan Maldacena卡尔·p·范伯格(Carl P. Feinberg)教授bob苹果下载曾获三大奖项:荷兰皇家艺术与科学院洛伦兹奖章;伯尔尼阿尔伯特·爱因斯坦协会颁发的2018年爱因斯坦奖章;最近获得Richard E. Prange奖和凝聚态理论及相关领域讲师职位。
该奖项表彰了他在理解量子方面的开创性贡献物理的黑洞．马尔达塞纳在1997年推测，规范理论(在微观尺度上描述粒子物理学的世界)和量子引力(描述宇宙引力的物理)之间存在深刻的联系。它被称为反德西特/共形场论(AdS/CFT)对应，或规范/重力对偶，是理论物理学中研究最活跃的主题之一，被引用超过10,000次，使其成为过去二十年中被引用最多的科学论文之一。
最近，马尔达塞纳和伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)在2013年提出，如果传出的粒子和黑洞通过虫洞连接起来，某些与霍金信息悖论有关的黑洞悖论就可以解决。这篇论文通常被称为“ER=EPR”，它将爱因斯坦1935年在该研究所撰写的两篇作品联系起来。"ER"是指爱因斯坦写的一篇论文内森罗斯他认为黑洞可以成对出现，由爱因斯坦-罗森桥或虫洞连接。EPR指的是爱因斯坦写的一篇论文，鲍里斯Podolsky(当时也是成员)，以及Rosen，他指出了纠缠的量子力学性质。马尔达塞纳和苏斯金德的概念提出了纠缠和虫洞的产生时空，它来自于连接的片段量子信息．以下是经过编辑的问答研究所的信．
伊尔：首先，祝贺你最近获奖。显然，您的研究已经得到认可有一段时间了(1999年的麦克阿瑟奖学金，2007年的狄拉克奖和奖章，2012年的基础物理学奖等等)，但在这个特定的时刻，我们看到您的工作得到如此多的认可是有原因的吗?
JM:哦，我不知道。笑声］．在凝聚态物理和其他几个物理领域，人们感兴趣的是理解粒子的行为，这些行为是由强相互作用和描述的量子力学．当粒子几乎是自由的时候，量子理论很容易分析，但当粒子强烈相互作用时，就很难分析了——可能会有各种不同的令人惊讶的行为。AdS/CFT对应或规范/重力对偶将某些非常强的相互作用系统与引力理论联系起来。通过这种方式，它将一个在量子力学方面很困难的问题转化为一个在引力方面相对简单的问题。
伊尔：当你说凝聚态物理时，我们谈论的是什么类型的材料是适用的?
JM例如，人们感兴趣的一个问题是高温超导性。但人们可能正在尝试设计一些具有强相互作用的新材料。而且，随着量子计算机的可能出现，这些材料将或多或少能够随意设计。
该理论对高温超导的帮助在于更好地理解这种现象，也许还能发现这种现象的新实例，甚至发现一些我们现在不知道的行为，但这是可能的。
两者之间关系的一个例子是什么道格拉斯·斯坦福研究了。他发现了两者之间的联系量子混沌黑洞的物理学和黑洞视界附近的物理学。
伊尔：当我们谈论黑洞时，我们并不是在谈论宇宙学家研究的黑洞……
JM:对。这些是存在于其他辅助宇宙中的黑洞，它们非常小，相对来说很小。有趣的是，这些相互作用非常强的系统可以表现得好像它们在创造自己的宇宙。这是一个关于瓶子里的宇宙的理论。
伊尔：说到很小，你能提供一些背景吗?
JM问题是很难定义这个尺度，因为它可能意味着不同的东西。它们很小，因为它们存在于实验室中，但它们也很小，因为在引力理论中，存在一个基本的距离尺度，在这个尺度上，经典的时空描述由于量子力学效应而失效。这个观点认为，以这个距离为单位，宇宙的整体大小也相对较小。我们的宇宙和这个基本距离比起来非常大，基本距离是10-33年厘米。这是一个非常非常小的距离，而宇宙的整体大小要比这大得多。
伊尔：当你说这些是在实验室里的时候，它们是真的存在于实验室里吗，还是只是一个理论实验室?
JM目前，这只是一个理论实验室。在未来，当量子计算机比现在更好一点，或者人们找到更巧妙的方法来创造它们时，它们可能会以某种方式存在于实验室中。
伊尔：这些理论实验室里的黑洞理论与真实的黑洞有关联吗?它们在理论上是一样的吗?
JM它们是相同的，因为它们受相同的方程支配，但它们在其他细节上是不相同的。在自然界中存在的黑洞中，有其他粒子，如电子和光子，形成了存在于天体物理学黑洞周围的普通物质。这与其他黑洞周围可能存在的物质类型不同。它们的共同之处在于都是用动态时空来描述的。在这两种情况下，都有一个特定的时空可以被弯曲。在这两种情况下，都有视界的概念，在这两种情况下，都有霍金辐射。霍金辐射对于非常大的天体物理黑洞来说并不是很重要，例如，它们的温度比周围的温度要小。温度不是很重要。但对于这些理论上较小的黑洞来说，这种效应更为重要。
推荐观看:有关黑洞、量子信息和时空结构的更多信息，请参阅胡安·马尔达塞纳教授和道格拉斯·斯坦福成员(最近被科学新闻评为十大“黑洞”之一)的公开讲座“黑洞的酷的另一个自我”。值得关注的科学家，年龄在40岁或以下，他们正在塑造未来的科学)，然后与IAS主任进行小组讨论中戴格拉在这里．PiTP 2018年的讲座，“从量子比特到时空”，可以查看在这里．部分视频来自2017年12月举行的量子信息和黑洞研讨会在这里．
伊尔：你为什么对黑洞理论研究感兴趣?最紧迫的问题是什么?
JM我们研究黑洞的量子方面的原因是为了理解时空的量子力学本质。这对天体物理学上的黑洞来说并不重要，但对大爆炸的开始却非常重要。理解黑洞的量子方面可能有助于理解宇宙的起源——这是希望，这是 的大图景，长期计划。
伊尔：自从你开始在这个领域工作以来，对黑洞和时空的思考有什么变化?
JM:黑洞被认为是存在于宇宙其他地方的东西，是由我们所经历的四维引力产生的。现在我们可以将它们与不包含重力的物理系统联系起来，例如超导体或其他由亚原子粒子组成的系统。如果这些系统相互作用足够强，它们就能产生自己的时空，然后黑洞就能存在。
伊尔：当我们听说时空是涌现的而不是基本的，这意味着什么?
JM时空是基本的，这意味着你做出假设或假设它存在，然后从那里你构建你的理论。涌现意味着它不是你开始的东西。
伊尔：这种涌现时空的想法是什么时候形成的?是因为AdS和CFT的通信吗?
JM:有不同的迹象。但我想说主要是通过对弦理论的研究。规范/重力对偶是另一个例子。
我的观点是，当你从量子粒子理论出发时，时空看起来是突现的，但也可能有另一种描述，时空也是基本的，这两种描述只是描述同一个系统的两种不同方式。这就是二元性的概念。这意味着同一个理论可以用不同的构建模块来描述。另一个类比是，你可以用英语描述一部小说，也可以用法语描述，但都是同一部小说。
IL:你写了"ER=EPR"和量子纠缠2013年学院信．从那时起，取得了哪些进展?
JM:那篇文章是关于纠缠和虫洞的，我认为主要的更新是Ping Gao的一篇论文，Daniel Louis Jafferis(自然科学学院委员，2bob苹果下载010-11)Aron墙(自然科学学院成员，2bob苹果下载014-17)，他意识到有一种方法可以使这个虫洞可穿越。基本原理是，如果你有两个相距很远的系统——它们没有相互作用，但它们纠缠在一起——那么你就有了一个虫洞。但如果虫洞是不可穿越的，那就意味着你不能穿越虫洞。如果你试图穿越虫洞，你就会死。但他们意识到，如果你让这两个系统靠近彼此，让它们相互作用，然后你就可以穿过这个虫洞。
我最近和Alexey Milekhin和Fedor Popov一起写了一篇论文，我们构建了一个标准模型的解，这是我们宇宙中的粒子理论，它有这个特点。从外面看，它就像两个黑洞，它有一个虫洞连接它们，一个可穿越的虫洞。它必须是非常微小的，所以它是一个非常微小的东西。它只是方程的解。
伊尔：所以它不是你在科幻小说中会想到的规模……
JM:不，我们将无法穿越这些虫洞。我们可以让基本粒子穿过它们。这些虫洞非常非常小，比我们今天能看到的最小距离都要小。
伊尔：我们说的是量子信息在这个可穿越的虫洞中存活吗?
JM嗯，这个理论是，量子信息落入任何黑洞都能存活，并会被重新处理，等等。这种穿越虫洞的过程与量子隐形传态密切相关，量子隐形传态是在80年代被发现的。它是通过纠缠传输量子信息的能力，也是一些经典的通信。量子隐形传态被发明出来，并被认为是一种保证通信安全的方法。这是一种无法破解的密码，因为信息通过一个从外部无法看到的虫洞。
伊尔：引力似乎知道量子力学的什么?
JM当前位置黑洞遵循热力学定律。这个事实来自爱因斯坦的方程。当你考虑黑洞的时候，爱因斯坦的方程就知道热力学定律。这看起来很奇怪，因为当爱因斯坦写他的方程时，他没有考虑信息，平均值，随机性，或者类似的东西。这些只是经典的方程，事实上，这些方程知道热力学， 非常令人惊讶。
伊尔：你是否发现越来越多的物理学家对量子计算感兴趣?
JM:我们有些人正在把一些量子信息理论技术应用到黑洞的研究中。从本质上讲，我们没有人做量子计算。但我是一个合作组织的成员，有一些人在做这个，我们组织了一些研讨会，让做量子计算的人来这里。理论物理展望今年夏天探索了量子计算和黑洞之间的联系。其中一位演讲者是斯科特Aaronson(数学学院委员，2004-05)，他将参加我们将于12月举行的工作坊。我们去年举办了一个类似的关于黑洞和量子信息的研讨会。今年研讨会的组织者之一是从事量子信息理论研究的乔纳森·奥本海姆(Jonathan Oppenheim)。
伊尔：当黑洞被称为量子计算机时，这意味着什么?
JM你可以把一个普通的系统，甚至是自然界，想象成一种机器。当你有一台普通的机器时，了解信息是如何在机器中传播的是很有用的。考虑不同的部分如何相互联系，以及一个部分的运动如何与另一个部分的运动相联系是有用的。
详细的动力学定律告诉你这是如何发生的，但理解信息流是限制机器如何工作的基本要素。大自然是量子力学的，所以机器遵循量子力学的法则。为了理解信息如何在这台机器中传播，你必须讨论量子信息。它是受量子力学定律约束的信息，你试图理解它是如何在机器中传播的。目标是了解量子信息如何在时空中传播。事实上，我们认为时空的几何本身反映了量子信息的性质。
最终，我们希望将黑洞理解为一个遵守量子力学规则的系统，以及这些规则如何与引力规则相一致。它们似乎非常不同，而且还有一些矛盾尚未解决。我们试图理解黑洞作为量子计算机的观点如何与爱因斯坦广义相对论中关于黑洞的观点保持一致和兼容。- - -凯利·迪瓦恩·托马斯编辑总监
