| Project/Area Number |
22K13971
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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 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
橋本 一成 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10754591)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 量子熱力学 / 開放量子系 / 非平衡統計力学 / スピン流 / メゾスコピック系 / 協同現象 |
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| Outline of Research at the Start |
量子熱力学では、作業物質とみなされる少数自由度の単一量子系内部の量子コヒーレンスの役割が重要な研究テーマとなっている。一方、量子スケールの微弱な出力しか得られない量子熱機関から巨視的な出力を得るためには、多数の熱機関を並列的に動作させる事が必須であり、並列動作する熱機関の間の多体間量子コヒーレンスもまた重要になる。固体物理学や量子光学でよく知られているように、多体間に生じる量子力学的なコヒーレンスは、相転移や局在現象、レーザー発振や超放射など多彩な量子協同現象を引き起こすことが知られている。本研究では、協同現象を利用した量子熱機関群の巨視的出力増幅の可能性を探求する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い量子力学的性質を示す微小系を作業物資に用いることで熱機関の性能を向上させることは、量子熱力学の重要なテーマの一つである．本研究では、相互に影響し合う量子熱機関を多数並列に動作させた場合に生じる熱機関群の協同的な現象を利用して巨視的な出力の増大を目指す．そのために不可欠なステップは、量子熱機関の動作効率と量子コヒーレンスの間の関係の理解である．このような観点から、本年度は本格的な量子熱機関群における量子コヒーレンスの役割を研究する前段階として、少数自由度の微小系（注目系）が環境と結合した開放量子系を対象に以下の検討を行なった．
（１）熱機関を有限周波数の周期外場を印加することで有限スピードで制御する場合、注目系の状態は外場によって平衡から遠く引き離され、その際生じる量子状態間コヒーレンスが環境へのエネルギー散逸や量子輸送に重要な役割を演じる．そこで、本年度の研究ではこの有限スピード制御下での注目系の非平衡ダイナミクスと量子輸送を解析するための定式化を、外場と共に時間変化する座標系による表示と量子マスター方程式を用いて整備した．さらに、この定式化を電子溜（電極）と結合した量子ドットに回転磁場を印加することで量子ドットー電極間に生じる純スピン流の分析に適用した．
（２）またその他の予備的な検討として、単一の２準位系（注目系）とボソン熱浴（環境系）が結合した開放量子系において、注目系と環境系の相互作用によって生じる注目系の量子状態間のコヒーレンスダイナミクスが環境系への熱散逸に及ぼす影響を明らかにした．
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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
多数の量子熱機関の並列的動作によって生じる協同的現象の検討はやや進行が遅れているが、外場印加による有限スピード制御下の量子系の非平衡状態を解析するための定式化の整備や、量子コヒーレンスが熱散逸に及ぼす影響の詳細な検討が進展した．これらはいずれも当初の研究目的の完遂に不可欠な道具立てないし知見であり、初年度にこれらの成果を挙げられたことは来年度以降の研究計画の進行に有益である．従って、全体としては順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度においては、主として共通熱浴に並列的に結合した複数の量子系を作業物質とする熱機関の動作効率を検討する．並列する量子系の数を順次増加させ、協同現象の発現条件と探索する．
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
