波動関数理論と量子アルゴリズムの融合

• Project Area: Computational materials science based on quantum-classical hybrid algorithms
• Project/Area Number: 23H03818
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大久保 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (00514051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三澤 貴宏 東京大学, 物性研究所, 特任准教授 (10582687) ; 山地 洋平 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (00649428) ; 森田 悟史 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任准教授 (20586903) ; 井戸 康太 東京大学, 物性研究所, 助教 (50827251)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000); Fiscal Year 2025: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2024: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: テンソルネットワーク / 変分モンテカルロ法 / 量子アルゴリズム / 強相関量子系

Outline of Research at the Start

本計画研究では、第一原理計算から抽出された有効模型を解くために、波動関数を用いた従来の計算科学(波動関数理論)と量子アルゴリズムとを融合する。この新手法を用いて、固体・分子中の電子等の量子多体系で生じる超伝導・光合成といった新奇現象に共通した「量子もつれ」の物理を解明する。波動関数の自由度が粒子数に対して指数関数的に増大するため、従来、その精密な解析は困難であった。本研究では、量子情報理論の発展により理解が進んだ波動関数の効率的な記述法を、絶対零度から、励起状態、有限温度と広げ、さらに、量子もつれを直接扱える量子コンピュータと融合することにより、量子多体系の計算科学にブレークスルーを目指す。