論文の概要: Universal trade-off structure between symmetry, irreversibility, and quantum coherence in quantum processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.11086v2
• Date: Tue, 28 Jan 2025 11:42:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-29 20:05:59.982069
• 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、局所保存電荷を変化させようとする試みは避けられない不可逆性を引き起こす。 非平衡物理学では、任意の量子過程におけるコヒーレンスコストとエントロピー生成を関連付ける。 ブラックホールに投げ込まれた古典的な情報のビット数が、エネルギー保存下では読めなくなることを予測している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Symmetry, irreversibility, and quantum coherence are foundational concepts in physics. Here, we present a universal tradeoff relation between these three concepts. This particularly reveals that (1) under a global symmetry, any attempt to change the local conserved charge causes inevitable irreversibility, and (2) such irreversibility can be mitigated by quantum coherence. Our tradeoff relation follows solely from the unitarity and global symmetry of the total dynamics, allowing for general applicability. For non-equilibrium physics, it relates the coherence cost and the entropy production -- representing thermodynamic irreversibility -- in arbitrary quantum processes. It also provides fundamental limitations on the capability of a number of quantum information processing tasks -- such as gate and measurement implementation and error correction -- that involve symmetry restrictions. Furthermore, it predicts how many bits of classical information thrown into a black hole become unreadable under energy conservation. Our tradeoff relation is based on quantum uncertainty relation, showcasing intimate connections between fundamental physical principles and ultimate operational capability of quantum processes.
• Abstract（参考訳）: 対称性、不可逆性、量子コヒーレンス(英語版)は物理学の基本概念である。 ここでは、これらの3つの概念の間の普遍的なトレードオフ関係を示す。 このことは、(1)大域対称性の下では、局所保存電荷を変化させようとする試みは不可避な可逆性を引き起こし、(2)そのような可逆性は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。 我々のトレードオフ関係は、総動力学のユニタリ性と大域対称性からのみ従うことができ、一般応用が可能となる。 非平衡物理学では、任意の量子過程におけるコヒーレンスコストとエントロピー生成(熱力学的不可逆性を表す)を関連付ける。 また、対称性の制約を含む多くの量子情報処理タスク(ゲートと測定の実装やエラー訂正など)の能力に関する基本的な制限も提供する。 さらに、ブラックホールに投げ込まれた古典的な情報のビット数が、エネルギー保存下では読めなくなることを予測している。 我々のトレードオフ関係は量子不確実性関係に基づいており、量子過程の基本的な物理原理と究極的な操作能力の間の親密な関係を示す。

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