エンタングルメントによるホログラフィック双対性の研究

• Project/Area Number: 15J02740
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 芝 暢郎 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 量子エンタングルメント / AdS/CFT対応 / 超弦理論

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、場の理論のエンタングルメントという視点からホログラフィック双対性に対する理解を深め量子重力の性質を解明することである。今年度はこのテーマについて2本の論文を学術雑誌に出版した。
磁場が存在するときに起こる顕著な現象としてアハラノフ・ボーム効果があるが、それが共形場理論における量子エンタングルメントに及ぼす効果を研究した。特にエンタングルメントエントロピーを一般化したレニーエントロピーの計算法を一般の共形場理論に対して発見し、特に自由スカラー場の場合にレニーエントロピーを厳密に計算した。
また初期宇宙における脱結合においてエンタングルメントの果たす役割を調べた。初期宇宙では宇宙が膨張することにより粒子数密度が減少し、粒子同士が相互作用を起こしにくくなり脱結合が起こるが、従来の解析では元々粒子同士がエンタングルメントしている効果を無視していた。そこで我々はエンタングルメントの効果を取り入れて脱結合の解析を行い、相互作用が強く、かつ急激に弱くなる時にはエンタングルメントの効果が重要になることを示した。またこの解析において、有限温度で相互作用する場の理論における、異なる種類の場の間のレニーエントロピーを結合定数について摂動的に計算する系統的な方法を開発した。異なる種類の場の間のエンタングルメントの性質はまだ未解明のことが多いので、この系統的な計算法を使いその性質を解明していくことは、宇宙論への応用だけでなく、場の理論のエンタングルメントの構造を理解するうえでも重要である。
また2016年8月末から2018年2月末まで、ホログラフィック双対性の一流の研究者らと共同研究を行うためアメリカのハーバード大学物理学科に長期滞在した。現地では研究室でセミナー発表を行ったり、研究室のメンバーと議論したり情報交換をするなどして研究を遂行した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Harvard University/Tufts University/Rutgers University(米国)
• [Journal Article] Entanglement entropy and decoupling in the Universe (2017)
  • Author(s): Yuichiro Nakai, Noburo Shiba, Masaki Yamada
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.123518
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aharonov-Bohm effect on entanglement entropy in conformal field theory (2017)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 6
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.065016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EPR Pairs, Local Projections and Quantum Teleportation in Holography (2016)
  • Author(s): Ｔ．Numasawa, N. Shiba, T. Takayanagi, K. Watanabe
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 1608 Issue: 8 Pages: 1-52
  • DOI: 10.1007/jhep08(2016)077
  • NAID: 120005980955
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Double-Trace Deformations and Entanglement Entropy in AdS (2016)
  • Author(s): Taiki Miyagawa, Noburo Shiba, Tadashi Takayanagi
  • Journal Title: Fortschritte der Physik Volume: 64 Issue: 1 Pages: 92-105
  • DOI: 10.1002/prop.201500098
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] On the definition of entanglement entropy in lattice gauge theories (2015)
  • Author(s): Sinya Aoki, Takumi Iritani, Masahiro Nozaki, Tokiro Numaswa, Noburo Shiba, Hal Tasaki
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 1506.187 Issue: 6 Pages: 1-28
  • DOI: 10.1007/jhep06(2015)187
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Continuous Multiscale Entanglement Renormalization Ansatz as Holographic Surface-State Correspondence (2015)
  • Author(s): Masamichi Miyaji, Tokiro Numasawa, Noburo Shiba, Tadashi Takayanagi, Kento Watanabe
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Issue: 17 Pages: 171602-171606
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.171602
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Distance between Quantum States and Gauge-Gravity Duality (2015)
  • Author(s): Masamichi Miyaji, Tokiro Numasawa, Noburo Shiba, Tadashi Takayanagi, Kento Watanabe
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Issue: 26 Pages: 261602-261606
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.261602
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Entanglement Entropy and Decoupling in the Universe (2018)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Holography, Quantum Entanglement and Higher Spin Gravity II
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Aharonov-Bohm Effect on Entanglement Entropy in Conformal Field Theory (2017)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Strings and Fields
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 日本物理学会若手奨励賞受賞記念講演「二つの閉じた空間領域に対するエンタングルメント・エントロピー」 (2016)
  • Author(s): 芝 暢郎
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
  • Invited
• [Presentation] cMERA as Surface/State Correspondence in AdS/CFT (2016)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Gravity, Quantum Fields and Entanglement
  • Place of Presentation: ライデン(オランダ)
  • Year and Date: 2016-01-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Aharonov-Bohm effect and entanglement entropy in conformal field theory (2016)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Holography and Quantum Information
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都府・京都市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gravity Dual of Information Metric in CFTs (2015)
  • Author(s): Noburo Shiba, Masamichi Miyaji, Tokiro Numasawa, Tadashi Takayanagi, Kento Watanabe
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学(大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Entanglement Entropy of Disjoint Regions in Excited States : An Operator Method (2015)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: International Workshop on Strings, Black Holes and Quantum Information
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface/State Correspondence in AdS/CFT (2015)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Gravity and Beyond 100 years after Einstein’s theory
  • Place of Presentation: 台北(台湾）
  • Year and Date: 2015-07-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Entanglement Entropy of Disjoint Regions in Excited States : An Operator Method (2015)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: Closing the entanglement gap: Quantum information, quantum matter, and quantum fields
  • Place of Presentation: サンタバーバラ(アメリカ)
  • Year and Date: 2015-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Entanglement Entropy of Disjoint Regions in Excited States : An Operator Method (2015)
  • Author(s): Noburo Shiba
  • Organizer: International Workshop on Condensed Matter Physics & AdS/CFT
  • Place of Presentation: 東京大学カブリIPMU(千葉県・柏市)
  • Year and Date: 2015-05-26
  • Int'l Joint Research