Kavli IPMU、「非可逆的対称性」の操作に関する性質を解明することに成功

東京大学(東大) 国際高等研究所 カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)は11月29日、素粒子理論や物性理論において一般にどのような記述が存在するのかが不明だった「非可逆的対称性」の操作について、量子コンピュータの基本的な枠組みを支えている「量子情報理論」における量子操作として表せることを、物理で広く扱われている定式化を用いて簡潔に説明できることを示したと発表した。

• 非可逆対称性の操作は、量子操作として表せるという今回の研究成果の概要図。(c)Kavli IPMU(出所:Kavli IPMU Webサイト)

同成果は、Kavli IPMUの立川裕二教授と東大大学院 理学系研究科の岡田昌樹大学院生によるもの。詳細は、米国物理学会が刊行する機関学術誌「Physical Review Letters」に掲載された。

物理学において、対称性は理論の性質を調べる上で重要な手がかりとなる概念だ。たとえば磁場を記述する方程式においては、N極とS極を一斉に入れ替えると、磁場の向きが一斉に逆になることを除けば、物体に及ぼす力や磁場に蓄えられたエネルギーなどが変化することはない。これは、磁場を記述する方程式がN極とS極の入れ替え操作に対して対称性を持つからだ。このような、何らかの操作を行った際に理論が不変である時、理論は“対称性を持つ”という。

近年、素粒子理論や物性理論では、こうした対称性を一般化した概念の研究が活発化しており、その1つが非可逆的対称性だ。この概念は、従来の対称性には操作を元に戻す逆操作が必ず存在するという条件があったのに対して、それを緩和し、完全な逆操作が存在しない場合に一般化したものである。