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Thèse Année : 2022

Holography, membranes, and quantum information

Holographie, membranes, et l'information quantique

Résumé

In this thesis, we study Interface Conformal Field Theories (ICFT) and their holographic dual, which is composed of two asymptotically Anti-de-Sitter (AdS) spaces glued through a thin gravitating membrane, or domain wall. We restrict our study to simple minimal models, which allow for analytic control while providing universally applicable results. Our analysis is set in 2D ICFT/3D gravity, but we expect much of the results to be generalizable to higher dimensions. We first consider this system at equilibrium and at finite temperature, in the canonical ensemble. By solving the equations of motion in the bulk, we find the allowable solution landscape, which is very rich compared to the same system without an interface. Classifying the different solutions among 3 thermodynamical phases, we draw the phase diagram outlining the nature of the various phase transitions. We then examine a simple out-of-equilibrium situation arising as we connect through an interface two spatially infinite CFT’s at different temperatures. As we let them interact, a ”Non-Equilibrium Steady State” (NESS) describes the growing region where the two sides have settled into a stationary phase. We determine the holographic dual of this region, composed of two spinning planar black holes conjoined through the membrane. We find an expression for the out-of-equilibrium event horizon, highly deformed by the membrane, becoming non-killing. This geometry suggests that the field theory interface acts as a perfect scrambler, a property that until now seemed unique to black hole horizons. Finally, we study the entanglement structure of the aforementioned geometries by means of the Ryu Takayanagi prescription. After reviewing a complete construction in the vacuum ICFT state, we present partial results for more general geometries and at finite temperature. For this purpose, it is necessary to introduce numerical algorithms to complete the computation. We outline the main difficulties in their application, and conclude by mentioning the Quantum Null Energy Condition (QNEC), an inequality that links entanglement entropy and energy, that can be used to test the consistency of the models.
Dans cette thèse, on étudie les Théorie de Champ Conforme à Interface (TCCI) et leur dual holographique, qui est composé de deux espaces asymptotiquement Anti-de-Sitter (AdS), collés à travers une fine membrane soumise à la gravité. On restreint notre étude à des modèles minimaux simples, qui nous permettent d'avoir un contrôle analytique tout en produisant des résultats universellement applicables. Notre analyse se situe en TCCI 2D/Gravité 3D, mais nous nous attendons à ce que les résultats soient généralisables à de plus hautes dimensions. On considère premièrement ce système à l'équilibre et à température finie, dans l'ensemble canonique. En résolvant les équations du mouvement dans la gravité, nous trouvons une étendue de solutions possibles qui s'avère être très riche en comparaison au système sans interface. En classifiant les différentes solutions selon 3 phases thermodynamiques, on dessine le diagramme des phases, en décrivant la nature des diverses transitions de phases. On examine ensuite une situation hors-équilibre, qui survient lorsque l'on connecte avec une interface deux TCC infiniment étendues et à différentes températures. En les laissant interagir, un "État Stationnaire Hors Équilibre" (ESHE) décrit une région grandissante au milieu, où les deux systèmes atteignent une phase stationnaire. Nous déterminons le dual holographique de cette région, composée de deux trous noirs planaires en rotation joins le long d'une membrane. Nous trouvons l'expression pour l'horizon des évènements hors-équilibre, qui est hautement déformé par l'introduction de la membrane, devenant non-Killing. La géométrie en question suggère que l'interface de la TCC produit de l'entropie à un taux maximal, une propriété qui jusqu'alors semblait unique aux horizons de trous noirs. Enfin, nous étudions la structure d'intrication des géométries susmentionnées, en utilisant la prescription de Ryu-Takayanagi. Après avoir revu la construction complète dans le cas de l'état de vide de la TCCI, nous présentons des résultats partiels pour des géométries plus générales et à température finie. Dans ce but, il est nécessaire d'introduire des méthodes numériques pour compléter le calcul. Nous soulignons les difficultés principales dans leur application, et concluons en mentionnant la "Quantum Null Energy Condition" (QNEC), une inégalité qui relie l'entropie d'intrication et l'énergie, qui peut être utilisée afin de tester la cohérence des modèles considérés.
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Papadopoulos_2022_These.pdf (3.4 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04648562 , version 1 (15-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04648562 , version 1

Citer

Vassilis Papadopoulos. Holography, membranes, and quantum information. Physics [physics]. Université Paris sciences et lettres, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPSLE062⟩. ⟨tel-04648562⟩
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