Symmetrieprincipes van de klassieke fysica die ons zonnestelsel stabiel houden, hebben een intrigerende tegenhanger in de kwantumwereld, volgens nieuw onderzoek door een team van natuurkundigen uit Australië, Italië en Japan.

In het dagelijkse leven, symmetrie wordt vaak geassocieerd met het idee van schoonheid. Dit geldt evenzeer in de natuurkunde, waar het betrekking heeft op het concept van geconserveerde hoeveelheden (zoals het behoud van energie, wat betekent dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd). Deze wetten vertellen ons dat de natuur zich morgen net zo zal gedragen als gisteren:de aarde zal in een stabiele, voorspelbare beweging rond de zon blijven draaien.

Maar in de echte wereld, symmetrieën zijn vaak onvolmaakt en invloeden van buitenaf hebben daar invloed op. In het zonnestelsel, de beweging van de aarde wordt verstoord door de zwakke zwaartekracht van duizenden andere lichamen. Gemotiveerd door dit soort vragen, Kolmogorov, Arnold en Moser toonden in de jaren zestig aan dat bepaalde soorten bewegingen eeuwige stabiliteit genieten tegen deze externe krachten, wat betekent dat de baan van de aarde in de verre toekomst stabiel zal blijven. Dit stabiliteitsbewijs is een mijlpaal in de klassieke mechanica en doordringt een aantal concepten in de natuurkunde.

Nutsvoorzieningen, medewerkers van Macquarie University, Sydney en de Universiteit van Bari en Waseda University, Tokyo heeft vergelijkbaar gedrag geïdentificeerd in de dynamiek van kwantumsystemen zoals atomen en moleculen met een onvolmaakte symmetrie.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , het team heeft regels opgesteld voor wanneer in de kwantumwereld kan worden vertrouwd op dezelfde soort stabiliteit die voor het eerst werd gedefinieerd in de jaren zestig.

Volgens hoofdauteur Macquarie University's Associate Professor Daniel Burgarth, "Er is een formeel onderscheid tussen fundamentele, robuuste symmetrieën en toevallige, breekbare. De robuuste symmetrieën zijn hoekstenen in de kwantumfysica waarop we kunnen vertrouwen bij het ontwerpen van kwantumapparaten. Andere symmetrieën worden gemakkelijk verstoord, en een kwantumsysteem meer vrijheid geven om onvoorspelbaar te ondergaan, en meestal ongewenst, gedrag."

Professor Kazuya Yuasa (Tokyo) legt uit, "Elk kwantumsysteem is zwak gekoppeld aan tal van andere. Het hele programma van kwantumtechnologie van vandaag gaat over het vinden van manieren om de evolutie van kwantumsystemen te beperken, en de verspreiding van informatie uit zeer gevoelige kwantumtoestanden te voorkomen. Door precies te verduidelijken welke soorten symmetrieën het meest ongevoelig zijn voor dit verval, hopen we ontwerpstrategieën te identificeren voor robuustere kwantumcomputers, zowel in hard- als software."