From a causal representation of multiloop scattering amplitudes to quantum computing in the loop-tree duality

Resumen

La teoría cuántica de campos con enfoque perturbativo ha logrado de manera exitosa proporcionar predicciones teóricas increíblemente precisas en física de altas energías. A pesar del desarrollo de diversas técnicas con el objetivo de incrementar la eficiencia de estos cálculos, algunos ingredientes continúan siendo un verdadero reto. Este es el caso de las amplitudes de dispersión con lazos múltiples, las cuales describen las fluctuaciones cuánticas en los procesos de dispersión a altas energías. La Dualidad Lazo-árbol (LTD) es un método innovador, propuesto con el objetivo de afrontar estas dificultades abriendo las amplitudes de lazo a amplitudes conectadas de tipo árbol. En esta tesis presentamos tres logros fundamentales: la reformulación de la Dualidad Lazo-árbol a todos los órdenes en la expansión perturbativa, una metodología general para obtener expresiones LTD con un comportamiento manifiestamente causal, y la primera aplicación de un algoritmo cuántico a integrales de lazo de Feynman. El cambio de estrategia propuesto para implementar la metodología LTD, consiste en la aplicación iterada del teorema del residuo de Cauchy a un conjunto de topologías con lazos múltiples y configuraciones internas arbitrarias. La representación LTD que se obtiene, sigue una estructura factorizada en términos de subtopologías más simples, caracterizada por un comportamiento causal bien conocido. Además, a través de un proceso avanzado desarrollamos representaciones duales analíticas explícitamente libres de singularidades no causales. Estas propiedades permiten escribir cualquier amplitud de dispersión, hasta cinco lazos, de forma factorizada con una mejor estabilidad numérica en comparación con otras representaciones, debido a la ausencia de singularidades no causales. Por último, establecemos la conexión entre las integrales de lazo de Feynman y la computación cuántica, mediante la asociación de los dos estados sobre la capa de masas de un propagador de Feynman con los dos estados de un qubit. Proponemos una modificación del algoritmo cuántico de Grover para encontrar las configuraciones singulares causales de los diagramas de Feynman con lazos múltiples. Estas configuraciones son requeridas para establecer la representación causal de topologías con lazos múltiples.