Qubits from extra dimensions

We link the recently discovered black hole-qubit correspondence to the structure of extra dimensions. In particular we show that for toroidal compactifications of type IIB string theory simple qubit systems arise naturally from the geometrical data of the tori parametrized by the moduli. We also generalize the recently suggested idea of the attractor mechanism as a distillation procedure of GHZ-like entangled states on the event horizon, to moduli stabilization for flux attractors in F-theory compactifications on elliptically fibered Calabi-Yau four-folds. Finally using a simple example we show that the natural arena for qubits to show up is an embedded one within the realm of fermionic entanglement of quantum systems with indistinguishable constituents.Comment: 32 pages Late

A three-qubit interpretation of BPS and non-BPS STU black holes

Following the recent trend we develop further the black hole analogy between quantum information theory and the theory of extremal stringy black hole solutions. We show that the three-qubit interpretation of supersymmetric black hole solutions in the STU model can be extended also to include non-supersymmetric ones. First we show that the black hole potential can be expressed as one half the norm of a suitably chosen three-qubit entangled state containing the quantized charges and the moduli. The extremization of the black hole potential in terms of this entangled state amounts to either supressing bit flip errors (BPS-case) or allowing very special types of flips transforming the states between different classes of non-BPS solutions. We are illustrating our results for the example of the D2-D6 system. In this case the bit flip errors are corresponding to sign flip errors of the charges originating from the number of D2 branes. After moduli stabilization the states depending entirely on the charges are maximally entangled graph states (of the triangle graph) well-known from quantum information theory. An N=8 interpretation of the STU-model in terms of a mixed state with fermionic purifications is also given.Comment: 35 page

Modern algebrai és geometriai módszerek az elméleti fizikában II. = Modern algebraic and geometric techniques in theoretical physics II.

Differenciálgeometriai módszerekkel vizsgáltuk a kvantum-összefonódottság kérdését. Új invariánst vezettünk be a három qubit összefonódottságra, amely a rendszernek a redukált sűrűségoperátorok segítségével nem tárgyalható nem lokális tulajdonságait jellemzi. Az összefonódottság invariáns mértékeire egységes leírást javasoltunk, és tisztáztuk a 4-qubit összefonódottságot jellemző invariánsok geometriai jelentését. Részletesen vizsgáltuk a húrelmélet négy dimenziós szuperszimmetrikus kompaktifikációban fellépő fekete lyuk megoldások entrópiájának és modulus stabilizációjának kvantum-információelméleti leírását. Tárgyaltuk a négy dimenziós szupergravitációs elmélet fekete lyuk megoldásait 7-qubit állapotok segítségével, rámutatva a Fano-síkkal, illetve a Hamming-kóddal való kapcsolatra. Kidolgoztuk a súlyozott permutációs hatások elméletét a konform térelméletek egyszerű-áram szimmetriáinak vizsgálatára. Megalkottuk a kétdimenziós csoportok karakterelméletét, és leírtuk annak konform térelméleti alkalmazását. Részletesen tárgyaltuk a permutációs orbifoldok elméletében fontos szerepet játszó orbifold-transzformáció fogalmát és főbb tulajdonságait. A vektorértékű moduláris formák elméletének egy új megközelítését dolgoztuk ki, és leírtuk konform térelméleti alkalmazásait. Differenciálegyenletet vezettünk le a fundamentális mátrixra, és beláttuk az egyenlet megoldásait megszorító spektrális feltételt. Explicit inverziós formulát adtunk meg vektorértékű moduláris formák meghatározására szinguláris viselkedésük alapján. | We investigated the problem of quantum entanglement using differential geometric methods. We introduced a new invariant of 3-qubit entanglement which describes nonlocal properties that cannot be described using reduced density matrices, clarified the geometric meaning of 4-qubit invariants, and proposed a unified description of entanglement measures based on Plücker embeddings. We investigated the quantum information theoretic description of black hole entropy and modulus stabilization in four dimensional supersymmetric compactifications of String Theory. We described black hole solutions of four dimensional N=8 SUGRA in terms of 7-qubit states, and pointed out the relation to the Fano plane and the Hamming code. We introduced the notion of weighted permutation actions, and applied it to the study of simple currents in CFT. We worked out the character theory of 2D groups, and described its relation to CFT. We investigated the orbifold transform, an important ingredient of the theory of permutation orbifolds, and described its main properties. We developed a new approach to the theory of vector-valued modular forms, and indicated its applications in CFT. We derived a hypergeometric ODE for the fundamental matrix, and proved the spectral condition restricting its coefficients. We gave a completely explicit inversion formula for computing a vector-valued modular form from its singular behavior