图片来源：物理评论信（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.128.170401
在研究复杂系统时，科学家们会识别出更小的部分，称为子系统，他们可以理解。通过研究子系统及其之间的相关性，他们重建了对整体的理解。
这种方法已经非常成功地用于解释现象并开发基于量子力学的应用 – 在原子尺度或更小的物质和能量的物理学。但它在很大程度上描述了在时间是绝对的世界中运行的系统。
在描述考虑爱因斯坦广义相对论的场景时，它不足，其中时间是相对的，并且与空间紧密地交织成四维时空。
现在，由物理学兼职助理教授亚历山大·史密斯（Alexander Smith）和沙迪·阿里·艾哈迈德（Shadi Ali Ahmad ’22）共同撰写的一项理论研究提出了一种以与广义相对论兼容的方式识别子系统和相关性的新框架。
他们的工作可以应用于构建时空的量子描述，史密斯说。长期以来，理论物理学家一直在努力将量子力学和广义相对论结合到量子引力的统一理论中。在过去的二十年里，试图最终调和这些描述宇宙的根本不同的理论的努力一直在进步。
新框架于四月份发表在《物理评论快报》杂志上，建立在詹姆斯·弗兰克家族物理学教授Lorenza Viola及其合作者以前在子系统方面的工作基础上。
“量子力学允许与我们对世界的经典理解不一致的相关性，”史密斯说。他说，维奥拉和她的合作者给了我们一种思考这些古怪的量子相关性的新方法。在他们的框架中，子系统不是将复合建筑部件粘合在一起形成一个更大的系统，而是根据人们可以进行的测量类型从复杂的系统中产生。
史密斯，艾哈迈德和他们的合作者应用这个想法来建立一个识别子系统的框架，这与相对论是一致的，并发现子系统的概念不再是客观的。
“我们对系统进行分区的方式也是相对的。这取决于谁在看它，“史密斯说。虽然他们的方法目前适用于简单的系统，但作者正在努力推广该框架。
推动对量子引力的新兴理解的几个理论概念起源于量子信息理论 – 一个相对较新的领域，研究如何分析和操纵量子系统中的信息。“量子信息科学为我们提供了思考量子力学本身的全新方式，”史密斯说。
来自黎巴嫩贝鲁特、主修物理学和数学的艾哈迈德与史密斯和其他研究人员合作，利用量子信息理论研究了许多不同的理论问题。
在之前发表在《物理评论D》上的工作中，他们是第一个研究引力波（当巨大的天文物体加速到极端水平时引起的时空涟漪）如何影响系统之间的纠缠的人。
另一个发表在《物理评论A》上的项目解决了如何在量子尺度上定义工作的问题 – 当力作用在物体上时传递多少能量的量度 。
史密斯说，艾哈迈德是他遇到的最有动力学习，勤奋和富有成效的学生之一。“看到沙迪在过去四年中发展了他在理论物理学方面的能力，这是非常有益的，”他说。
艾哈迈德获得了2022年加扎尼加家庭科学奖，该奖项旨在表彰即将毕业的科学大四学生的科学成就。他还是物理学和天文学主席奖的获得者。
“量子信息理论是我喜欢借用和广泛使用的工具箱，”艾哈迈德说。他说，获得本科研究机会和资金的承诺是吸引他来到达特茅斯的原因。艾哈迈德现在是达特茅斯学院的研究员，他正在结束正在进行的项目，因为他准备申请研究生课程。
以课程为跳板，他在物理和数学系寻找研究导师，与他们合作开展广泛的研究课题。
“与人谈论科学塑造了你的思维方式，”艾哈迈德说，他已经有了三本出版物。“我认为这真的能提高你的兴趣。
