論文の概要: Universal trade-off structure between symmetry, irreversibility, and
quantum coherence in quantum processes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.11086v1
- Date: Wed, 22 Jun 2022 13:49:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-08 09:45:42.613723
- Title: Universal trade-off structure between symmetry, irreversibility, and
quantum coherence in quantum processes
- Title（参考訳）: 量子過程における対称性、可逆性、量子コヒーレンスの間の普遍的トレードオフ構造
- Authors: Hiroyasu Tajima, Ryuji Takagi, Yui Kuramochi
- Abstract要約: 大域対称性の下では、保存量を変化させる局所力学を誘導しようとする試みは避けられない不可逆性を引き起こすことが示される。
熱力学の文脈では、エントロピー生成と量子コヒーレンスの間のトレードオフ関係を導出する。
量子情報処理への応用として、任意の量子チャネルを実装するためのコヒーレンスコストを低くする。
- 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: Symmetry, irreversibility, and quantum coherence are foundational concepts in
physics. Here, we present a universal trade-off relation that builds a bridge
between these three concepts. This trade-off particularly reveals that (1)
under a global symmetry, any attempt to induce local dynamics that change the
conserved quantity will cause inevitable irreversibility, and (2) such
irreversibility could be mitigated by quantum coherence. Our fundamental
relation also admits broad applications in physics and quantum information
processing. In the context of thermodynamics, we derive a trade-off relation
between entropy production and quantum coherence in arbitrary isothermal
processes. We also apply our relation to black hole physics and obtain a
universal lower bound on how many bits of classical information thrown into a
black hole become unreadable under the Hayden-Preskill model with the energy
conservation law. This particularly shows that when the black hole is large
enough, under suitable encoding, at least about $m/4$ bits of the thrown $m$
bits will be irrecoverable until 99 percent of the black hole evaporates. As an
application to quantum information processing, we provide a lower bound on the
coherence cost to implement an arbitrary quantum channel. We employ this bound
to obtain a quantitative Wigner-Araki-Yanase theorem that comes with a clear
operational meaning, as well as an error-coherence trade-off for unitary gate
implementation and an error lower bound for approximate error correction with
covariant encoding. Our main relation is based on quantum uncertainty relation,
showcasing intimate connections between fundamental physical principles and
ultimate operational capability.
- Abstract（参考訳）: 対称性、可逆性、量子コヒーレンスなどは物理学の基本概念である。
ここでは,これら3つの概念の橋渡しとなる普遍的トレードオフ関係を示す。
このトレードオフは、(1)大域対称性の下で、保存量を変化させる局所力学を誘導しようとする試みは、不可避な不可逆性を生じさせ、(2)そのような不可逆性を量子コヒーレンスによって緩和することができることを特に示している。
我々の基本的な関係は物理学や量子情報処理にも広く応用されている。
熱力学の文脈では、任意の等温過程におけるエントロピー生成と量子コヒーレンスの間のトレードオフ関係を導出する。
また、ブラックホール物理学との関係を応用し、hayden-preskillモデルの下でブラックホールに投げ込まれた古典的情報の何ビットが読めなくなるかに関する普遍的な下界を得る。
このことは、ブラックホールが十分に大きく、適切なエンコーディングの下では、少なくとも$m/4$のビットは、ブラックホールの99%が蒸発するまで発見できないことを示している。
量子情報処理への応用として、任意の量子チャネルを実装するためのコヒーレンスコストの上限を低くする。
このバウンダリを用いて、明確な操作意味を持つ定量的なウィグナー・アラキ・ヤネーゼの定理と、ユニタリゲート実装におけるエラーコヒーレンストレードオフと、共変符号化による近似誤差補正のためのエラー下界を得る。
我々の主な関係は量子不確実性関係に基づいており、基本的な物理原理と究極の操作能力の親密な関係を示す。
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