近日，物理与光电工程学院物理学系龙高平副教授在国际物理学学术期刊《Physical Review D》（物理学Top期刊）上发表文章“Quantum geometry effects in quantum field theory: Hamiltonian constraint generates gravity-matter entanglement in spherically symmetric loop quantum gravity”（Phys. Rev. D 114, 046018, 2026）。该研究由龙高平副教授与北京师范大学张聪副教授共同合作完成，龙高平副教授为论文第一作者，张聪副教授为通讯作者。

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广义相对论和量子力学被视作现代物理学的两大支柱理论。黑洞信息悖论作为这两个理论交汇处最深刻的挑战之一，长期以来吸引着物理学家的广泛关注。霍金关于黑洞热辐射的发现表明，物质信息可能在黑洞蒸发过程中丢失，从而违背量子力学的幺正性。近年来，Page曲线的研究暗示了辐射场与时空几何之间的纠缠在信息悖论的解决中扮演着关键角色，这强烈要求将时空几何本身纳入量子框架来理解黑洞的物理本质。然而，如何在量子引力框架中严格定义量子几何与物质场的纠缠态，仍然是一个亟待解决的基础性难题。

在传统的弯曲时空量子场论中，时空几何被视为固定的经典背景，物质场构建于其上。这种处理方式存在根本性的局限：不同经典几何背景上构建的Fock量子态的叠加在数学上是无定义的。这一困难本质上要求我们超越固定经典几何背景的思路，转向几何本身也是量子变量的全量子引力框架。

在本文的研究中，作者在球对称圈量子引力的框架下，建立了一个自洽的量子场论框架来解决上述基础性难题。具体来说，作者首先采用圈量子引力中的半经典相干态来描述时空几何的量子态，这些相干态尖锐地集中在经典相空间点上并满足Ehrenfest性质。其次，通过识别引力相空间的一个受限子空间，确保了不同量子几何上标量场的Fock表示之间的幺正等价性，从而使得量子几何与物质态的叠加态具有明确的数学定义。在此基础上，作者推导了半经典视界附近广义相对论量子哈密顿约束的弱解，并将Hartle-Hawking真空态推广到了量子几何框架中。由此得到的广义Hartle-Hawking真空态展现出几何与物质之间的内禀纠缠，而这一纠缠正源于广义相对论的量子哈密顿约束。该工作为研究几何-物质纠缠建立了原则性框架，并为黑洞信息悖论的量子基础提供了新的理论洞见。

龙高平副教授近期致力于圈量子引力中量子几何与时空动力学的研究。本次研究工作得到了国家自然科学基金项目（No. 12405062, 12275022, 12505055）、中央高校基本科研业务费专项资金（No. 21624340, 2253100010）以及广东省基础与应用基础研究基金（No. 2026A1515012166）的资助。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/wl57-t1lv

图文：龙高平

校对：陈科球

初审：黄晶晶

终审：幸江涛