| Project/Area Number |
21H03455
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 技師 (60466414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松枝 宏明 東北大学, 工学研究科, 教授 (20396518)
遠山 貴巳 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (70237056)
柚木 清司 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (70532141)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 計算物理 / 大規模計算 / 量子ダイナミクス / 量子情報 / 手法開発 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、系のサイズに対し内部自由度が指数関数的に増大する量子多体系の理論的・数値的研究手法として、富岳を始めとした最新の大規模計算機を効率的に利用可能な大規模並列密度行列繰り込み群(DMRG)法プログラムを開発する。さらに開発した大規模並列DMRG法を用いた富岳をはじめとした最先端の大型計算機の限界に挑んだ研究として(1) 強相関電子系の量子ダイナミクス研究、(2)量子アルゴリズムのシミュレーションとその量子超越性の検証、(3) 量子多体系の新たな計算手法へつながる量子状態の解析を主要な研究課題として取り扱う。また、本研究課題を通じて、大規模計算に対する量子計算の優越性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、スーパーコンピュータ「富岳」の利用を念頭に、「富岳」を用いることで可能となる量子多体系の数値的研究手法の開発を目的としている。本手法開発では、特に低次元の量子多体系の計算を効率的に行うことのできる密度行列繰り込み群法を基本とし、その手法の拡張と大規模並列化により、本研究の目的を達成することで、本分野における理論研究のブレークスルーを目指す。2022年度の研究開発としては、基底状態計算を基本とする密度行列繰り込み群法の有限温度への拡張を行なった。特に、多次元の量子多体系に対しては、その計算コストの大きさからこれまで有限温度に対する密度行列繰り込み群法の適用例は存在していなかった。本研究グループでは、以前に直交多項式展開法とよばれる特殊関数の直交性と完全性を利用した手法を応用した有限温度密度行列繰り込み群法を完成させている。本手法は多次元の量子多体系に対しても応用可能であることから、本手法をこれまで開発した大規模並列密度行列繰り込み群法プログラムに実装した。これにより、「富岳」で効率的な実行と多次元の量子多体系への適用が可能な大規模並列有限温度密度行列繰り込み群法を完成させた。また、これまでに本研究で開発された「富岳」を効率的に利用可能な大規模並列密度行列繰り込み群法プログラムによる応用研究を行った。銅酸化物高温超伝導体に対応した量子格子模型に対し、その量子ダイナミクスに対する解析を行なった。また、NISQ上での量子ダイナミクスシミュレーションを目的とした量子-古典ハイブリッドアルゴリズムの検証のため、これまでに開発した大規模並列時間依存密度行列繰り込み群法によるシミュレーションを行った。また、量子多体系の波動関数の解析のために、量子スピン模型に対するエンタングルメント・スペクトルの解析を行い、新たな量子多体系に対する手法の検討を2021年度から引き続き行なった。
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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
2022年度の本研究の実施は、当初の予定通り順調に進んでおり、その研究成果も論文や学会で報告している。また、本研究では次世代の本分野での大規模計算を担う人材の育成も課題のひとつとしているが、本課題で雇用する研究員の着任に遅れが生じた。本研究自体は順調に進捗していることから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は順調に進展しており、今後も当初の計画通り推進していく方針である。特に、これまでに開発した大規模並列密度行列繰り込み群法による応用研究を行い、そのフィードバックから、これまでに開発した大規模並列密度行列繰り込み群法の改良を行う。また、研究員の着任が遅れたために生じている人材育成については、計画を後ろ倒しして進める方針である。
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