論文の概要: Reductions in finite-dimensional quantum mechanics: from symmetries to
operator algebras and beyond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.08226v1
- Date: Mon, 15 Mar 2021 09:16:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 02:28:24.908472
- Title: Reductions in finite-dimensional quantum mechanics: from symmetries to
operator algebras and beyond
- Title(参考訳): 有限次元量子力学における還元-対称性から作用素代数まで
- Authors: Oleg Kabernik
- Abstract要約: この論文は、対称性から作用素代数への還元の枠組みの拡張に焦点を当てている。
既約表現構造を見つけることは、作用素代数を扱う際の主要な問題である。
応用として、対称性を識別する非自明なタスクを回避するために、力学の減少に対称性に依存しないアプローチを導入する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The idea that symmetries simplify or reduce the complexity of a system has
been remarkably fruitful in physics, and especially in quantum mechanics. On a
mathematical level, symmetry groups single out a certain structure in the
Hilbert space that leads to a reduction. This structure is given by the
irreducible representations of the group, and in general it can be identified
with an operator algebra (a.k.a. C*-algebra or von Neumann algebra). The
primary focus of this thesis is the extension of the framework of reductions
from symmetries to operator algebras, and its applications in
finite-dimensional quantum mechanics. Finding the irreducible representations
structure is the principal problem when working with operator algebras. We will
therefore review the representation theory of finite-dimensional operator
algebras and elucidate this problem with the help of two novel concepts:
minimal isometries and bipartition tables. One of the main technical results
that we present is the Scattering Algorithm for analytical derivations of the
irreducible representations structure of operator algebras. For applications,
we will introduce a symmetry-agnostic approach to the reduction of dynamics
where we circumvent the non-trivial task of identifying symmetries, and
directly reduce the dynamics generated by a Hamiltonian. We will also consider
quantum state reductions that arise from operational constraints, such as the
partial trace or the twirl map, and study how operational constraints lead to
decoherence. Apart from that, we will extend the idea of reduction beyond
operator algebras to operator systems, and formulate a quantum notion of
coarse-graining that so far only existed in classical probability theory. We
will also characterize how the uncertainty principle transitions to the
classical regime under coarse-grained measurements and discuss the implications
in a finite-dimensional setting.
- Abstract(参考訳): 対称性はシステムの複雑さを単純化または軽減するという考えは、物理学、特に量子力学において著しく実りがある。
数学のレベルでは、対称性群はヒルベルト空間の特定の構造を抽出し、還元をもたらす。
この構造は群の既約表現によって与えられ、一般には作用素代数(例えば c*-代数やフォン・ノイマン代数)と同一視することができる。
この論文の主な焦点は対称性から作用素代数への還元の枠組みの拡張であり、その有限次元量子力学への応用である。
既約表現構造を見つけることは、作用素代数を扱う際の主要な問題である。
したがって、有限次元作用素代数の表現論をレビューし、この問題を2つの新しい概念、最小等距離と二分割テーブルの助けを借りて解明する。
私たちが提示する主要な技術的成果の1つは、作用素代数の既約表現構造の解析的導出のための散乱アルゴリズムである。
応用には、対称性を識別する非自明なタスクを回避し、ハミルトニアンが生成する力学を直接減少させる、動力学の低減に対する対称性非依存的アプローチを導入する。
また、部分的トレースやツワールマップといった運用上の制約から生じる量子状態の低減についても検討し、運用上の制約がデコヒーレンスにどのように寄与するかを検討する。
それとは別に、作用素代数から作用素系への還元の概念を拡張し、これまで古典確率論にしか存在しなかった粗粒化の量子概念を定式化する。
また、粗粒度測定において、不確実性原理が古典的体制にどのように移行するかを特徴付け、有限次元の設定における含意について論じる。
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