Co jest łatwe a co trudne w świecie kwantowym? Jak mogą wyglądać prawa fizyki we wnętrzach czarnych dziur? W ramach nagrodzonego grantem ERC Consolidator projektu „Quantum Complexity from Quantum Field Theories to Quantum Gravity” (czyli „Kwantowa złożoność od kwantowych teorii pola do kwantowej grawitacji”) odpowiedzi na te pytania będzie szukał dr hab. Paweł Caputa, prof. uczelni, z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

O projekcie

Według dr hab. Caputy kwantowe teorie pola (z ang. QFT) to nasze najlepsze modele do opisu natury, od nowych faz materii po czarne dziury. Aby jednak skutecznie je symulować, musimy lepiej zrozumieć optymalne sposoby tworzenia interesujących stanów kwantowych z podstawowych elementów używanych w obliczeniach. Problem ten wymaga precyzyjnej definicji „złożoności kwantowej”, która pomoże określić ilościowo to, co jest trudne, a co łatwe w QFT, a jej zapewnienie jest jednym z najpilniejszych problemów na styku fizyki teoretycznej, informacji kwantowej i kwantowych obliczeń.

I to właśnie opracowanie precyzyjnych miar złożoności stanów i operatorów w QFT oraz zastosowanie ich w korespondencji holograficznej i modelach kwantowej grawitacji do lepszego zrozumienia wnętrz czarnych dziur i osobliwości kosmologicznych ma być celem nagrodzonego grantem projektu.

Dzięki innowacyjnemu przeniesieniu metod (oraz intuicji) z teorii informacji i obliczeń kwantowych do fizyki wielu ciał i kwantowej grawitacji,  dr hab. Paweł Caputa ma nadzieję przesunąć granice zrozumienia QFT i czarnych dziur. Badacz wraz z zespołem skupi się na trzech częściach projektu: syntezie i opracowywaniu miar złożoności w QFT, sformułowaniu ich w precyzyjnych modelach holograficznych oraz zastosowaniu ich do lepszego zrozumienia fizyki poza horyzontem czarnych dziur i osobliwości czasoprzestrzennych. Opracowane zostaną nowe narzędzia, pozwalające wyznaczyć granicę złożoności kwantowych układów wielu ciał, a także rzucić światło na zachowanie materii wewnątrz czarnych dziur oraz w pobliżu kosmologicznych osobliwości, niezwykle istotnych dla naszego wczesnego Wszechświata.

O laureacie

Dr hab. Paweł Caputa pracuje na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Jego specjalnością jest fizyka teoretyczna, w szczególności kwantowa informacja i złożoność w kwantowych teoriach pola i kwantowej grawitacji oraz korespondencja AdS/CFT.

W 2011 roku uzyskał stopień doktora w Instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze, następnie prowadził badania podoktorskie na Uniwersytecie Witwatersrand w RPA, Uniwersytecie w Kioto w Japonii i w Nordyckim Instytucie Fizyki Teoretycznej (NORDITA) w Sztokholmie w Szwecji. Przed powrotem do Polski, jako adiunkt w Kioto, był również członkiem kolaboracji fundacji Simonsa “It from Qubit” (2017-2020). Obecnie nadal blisko współpracuje z Instytutem Yukawy w Kioto (jako affiliate member) oraz Japońskim projektem “Extreme Universe”.

Od 2020 roku prowadzi na Wydziale Fizyki UW grupę w ramach projektu NAWA Polskie Powroty i realizuję grant NCN Sonata Bis.

Biuro ds. Doskonałości Naukowej PAN (BDN PAN) wspierało dr hab. Pawła Caputę w staraniach o grant jako organizator panelu próbnego z udziałem ekspertów.

O grantach ERC Consolidator

Granty ERC Consolidator są przeznaczone są dla naukowczyń i naukowców, którzy są niezależni naukowo, wzmacniają swój zespół i chcą kontynuować swoją karierę w Europie.  Consolidator Grant jest przeznaczony dla osób od siedmiu do 12 lat po doktoracie. Maksymalna wysokość grantu to dwa miliony euro z możliwością dofinansowania o dodatkowy milion euro. Konkurs obejmuje wszystkie dziedziny nauki.

Zdjęcie: archiwum prywatne Pawła Caputy