| Project/Area Number |
20K14479
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | International Professional University of Technology in Osaka (2021-2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2020) |
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Principal Investigator |
富谷 昭夫 大阪国際工科専門職大学, 工科学部, 助教 (50837185)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 格子QCD / 素粒子物理学 / 場の量子論 / シュウィンガー模型 / 量子コンピュータ / 変分アルゴリズム / QCD相図 / 原子核物理学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は従来手法であるマルコフ連鎖モンテカルロ法では困難だった符号問題が存在する領域での場の量子論の相構造を量子計算を用いて明らかにする。有限密度領域では、場の量子論の作用が複素数になってしまうためマルコフ連鎖モンテカルロ法の適用外になる。量子計算では格子定式化に基づく場の量子論をマルコフ連鎖モンテカルロ法に頼らずに直接計算できるのでそれをもちいて相構造を解明する。並行して効率の良いアルゴリズムの開発も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
QCDは温度や密度の他にもシータパラメータなどの外部パラメータを含む理論であり、そのパラメータに対する依存性も基礎理論の理解として重要である。本年度の研究活動は、量子色力学（QCD）におけるパラメータ依存性の理解を深めるための基盤を固めることに重点を置いた。特に、シータパラメータと重力波に関連する現象の研究を進めるために、必要な計算環境の整備と理論モデルの構築に注力した。量子計算の応用に向けて、高度な計算手法を用いる前段階として、４次元の有効模型を採用し、Nambu-Jona-Lasinio（NJL）模型を用いた理論計算を行った。これにより、シータパラメータが重力波信号に与える影響についての初期分析を試みた。得られた結果は、重力波の観測データにおける予期せぬ大きなシグナルに対する新たな理論的解釈を提供するものであった。この成果についてはプレプリントは公開済みであり、出版準備中である。さらに、量子計算を実際に応用するための準備作業として、計算機環境の整備とコーディングの基礎作業に多くの時間を割いた。この作業には、量子アルゴリズムの効果的な実装を目指すための基礎的なコードの開発が含まれており、これが将来の量子計算の応用に向けた重要なステップとなる。くわえて米国にて開催されtあLattice2023国際会議に参加し、世界各国の研究者との交流を深めた。この会議での情報交換は、我々の研究に新たな視点をもたらし、今後の研究方向性を見直すきっかけとなった。また、これにより国際協力の可能性も見出され、さらなる共同研究の布石となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題についてコロナ禍での研究会等の中断を除き、計画通りに進行していると自己評価している。特に、量子計算に関連する理論の深掘りと、必要な計算コードの開発において重要な進展が見られた。量子計算はその性質上、高度な技術と理論が求められるため、進行は容易ではないが、これまでの取り組みが順調である。コード開発においては、具体的な計算モデルの構築とテンソルネットワークを用いた新しいアプローチの探求を行っている。テンソルネットワークは、量子計算の文脈で特に有用であり、この技術を活用することで、より複雑な量子状態のシミュレーションと解析が可能になる見込みである。さらに、国内外の多くの研究者との交流を通じて、最新の研究動向や技術情報を共有し、相互に有益なフィードバックを得ることができた。これらの交流は、研究課題の進行において新たな視角をもたらしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、これまで量子状態シミュレーションを活用して数値計算を行ってきた。このアプローチは、近似なしに系を理解するには有効であったが、大規模なシステムを扱う際には、必要とされる計算資源が膨大であり、特にメモリの制約が顕著であった。その結果、相構造の探索において限界があり、より大規模な計算を実行することが困難であった。今後の研究では、テンソルネットワークを用いた計算手法へとシフトすることを計画している。この手法は、有限温度密度や有限温度実時間での大規模計算を可能にするため、相構造の探索においてより広範なデータを取り扱うことができる。特に、Julia言語において利用可能なitensor.jlライブラリを活用することで、高度なテンソルネットワーク計算が実現可能であると考えられる。
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