論文の概要: Efficient certification of time-reversal symmetry requires entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.01555v1
• Date: Thu, 01 Oct 2026 12:23:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-03 01:19:24.109725
• Title: Efficient certification of time-reversal symmetry requires entanglement
• Title（参考訳）: 時間反転対称性の効率的な証明には絡み合いが必要である
• Abstract要約: 時間反転対称な円形アンサンブルとハールランダム力学を確実に区別するには、任意の古典的適応プロトコルに対して$(min2n/2,2n-e)$クエリが必要であることを証明している。 最大絡み合ったプローブとSWAP測定により、このコストは一定数のクエリに削減される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.877760054180841
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Time-reversal symmetry is a fundamental principle of physics describing the invariance of physical laws under reversal of the direction of time. We formulate a Bell-inequality-like test of this antiunitary symmetry using only forward access and trusted quantum operations: entanglement converts temporal input--output relations into measurable spatial exchange symmetry. For $n$-qubit unitary dynamics, we prove that reliably distinguishing the time-reversal-symmetric circular ensembles from Haar-random dynamics requires $Ω(\min\{2^{n/2},2^{n-e}\})$ queries for any classically adaptive protocol. Here, $e=\min\{e_{\mathrm s},e_{\mathrm m}\}$ with $e_{\mathrm s}$ and $e_{\mathrm m}$ representing the probe and measurement logarithmic entanglement negativities, respectively. Maximally entangled probes and SWAP measurements reduce this cost to a constant number of queries. Furthermore, we develop a time-reversal symmetry test for arbitrary fixed, compatible probes and measurements, relate its query complexity to their logarithmic negativities, and match the lower-bound scaling in the high-entanglement regime by optimizing the probe and measurement. Our results establish a quantitative connection between entanglement and time-reversal symmetry, bridging two central concepts in quantum information science and fundamental physics.
• Abstract（参考訳）: 時間反転対称性(英: Time-reversal symmetric)は、時間方向の逆転の下での物理法則の不変性を記述する物理学の基本原理である。 我々は、前方アクセスと信頼できる量子演算のみを用いて、ベル不等式のようなこの反ユニタリ対称性の試験を定式化する: 絡み合いは、時間入力-出力関係を測定可能な空間交換対称性に変換する。 n$-qubitユニタリ力学の場合、古典的に適応的なプロトコルに対して、時間反転対称な円形アンサンブルとハールランダム力学を確実に区別するには$Ω(\min\{2^{n/2},2^{n-e}\})$クエリが必要であることが証明される。 ここで、$e=\min\{e_{\mathrm s},e_{\mathrm m}\}$ with $e_{\mathrm s}$と$e_{\mathrm m}$はそれぞれプローブと測定対数エンタングルメントの負性を表す。 最大絡み合ったプローブとSWAP測定により、このコストは一定数のクエリに削減される。 さらに, 任意の不整合プローブと測定値の時間逆対称性テストを開発し, クエリの複雑さを対数的ネガティビティに関連付けるとともに, プローブと測定値の最適化により, 高絡み状態における下界スケーリングと一致させる。 本研究は,量子情報科学と基礎物理学の2つの中心概念をブリッジすることで,絡み合いと時間反転対称性の定量的な関係を確立する。

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