29 نوامبر 2024 -توسط موسسه کاولی برای فیزیک و ریاضیات کیهان، دانشگاه توکیو-خلاصه ای از این مطالعه نشان می دهد که هر عملی از تقارن های غیرقابل معکوس یک عملیات کوانتومی است. اعتبار: Kavli IPMU
فیزیکدانان نظری پس از اثبات اینکه هر عمل تقارن غیرقابل معکوس در فیزیک نظری یک عملیات کوانتومی است، ارتباط نزدیکی بین دو حوزه به سرعت در حال توسعه در فیزیک نظری، نظریه اطلاعات کوانتومی و تقارن‌های غیرقابل معکوس در نظریه‌های ذرات و ماده متراکم برقرار کرده‌اند. این مطالعه در Physical Review Letters as an Editors’ Suggestion در 6 نوامبر منتشر شد.
در فیزیک، تقارن سرنخ مهمی از ویژگی های یک نظریه ارائه می دهد. به عنوان مثال، اگر قطب های N در یک میدان مغناطیسی با قطب های S و قطب های S با قطب های N جایگزین شوند، نیروهای وارد بر اجسام و انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی ثابت می مانند. اگرچه جهت میدان مغناطیسی اکنون معکوس شده است. این به این دلیل است که معادلات توصیف کننده میدان مغناطیسی با توجه به عملیات تعویض قطب های N و S متقارن هستند.
در چند سال گذشته، مفهوم تقارن در جهات مختلف در مطالعه نظری فیزیک ذرات و فیزیک ماده متراکم تعمیم یافته و به یک حوزه فعال تحقیقاتی تبدیل شده است. یکی از این تعمیم ها، تقارن غیرقابل معکوس است. عملکرد تقارن های معمولی همیشه معکوس است. یک عملیات معکوس برای لغو آن وجود دارد. از طرف دیگر، تقارن غیرقابل معکوس امکان عدم وارونگی خاصی را در چنین عملیات تقارنی فراهم می کند.
حوزه دیگری که در سال های اخیر به طور فزاینده ای مورد توجه فیزیکدانان قرار گرفته، نظریه اطلاعات کوانتومی است. این نظریه است که پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی را تشکیل می دهد.
یک مفهوم اساسی در محاسبات کوانتومی انجام عملیات های مختلف بیت کوانتومی است که به عنوان کیوبیت نیز شناخته می شود. در میان آنها، هر عملیاتی که قابل بازگرداندن باشد با یک عملیات ریاضی به نام تبدیل واحد فرمول بندی می شود. با این حال، عملیات غیر قابل برگشت، در جایی که عملیات معکوس وجود ندارد، نیز مهم هستند، مانند اندازه گیری بیت های کوانتومی. این عملیات با استفاده از یک مفهوم تعمیم یافته تبدیل واحد، به نام عملیات کوانتومی انجام می شود.
چندین سال پیش، مارسل بیشوف ریاضی‌دان و همکارانش ایده‌ای را مطرح کردند که عمل تقارن‌های غیرقابل معکوس یک عملیات کوانتومی است. با این حال، ایده آنها در چارچوبی توصیف شد که فقط برای سیستم های فیزیکی با ویژگی های خاص قابل اجرا بود و برای اکثر جوامع فیزیک ناآشنا بود.
اکنون، یک جفت محقق، ماساکی اوکادا، دانشجوی فارغ التحصیل دانشکده علوم توکیو و پروفسور یوجی تاچیکاوا، موسسه فیزیک و ریاضیات کیهان دانشگاه توکیو کاولی (Kavli IPMU, WPI)، نشان داده اند که این ایده می تواند به خوبی در چارچوبی که به طور گسترده در فیزیک ذرات و فیزیک ماده متراکم استفاده می شود، اثبات شد.
تا به حال، هیچ کس نمی دانست که ویژگی کلی عملیات تقارن غیرقابل معکوس چیست. کار اوکادا و تاچیکاوا پاسخی ارائه کرده است که هر عملی از تقارن های غیرقابل معکوس یک عملیات کوانتومی است.
