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controlling optical dynamics by using topological phases

Publicly Offered Research

Project AreaFrontiers of materials science spun from topology
Project/Area Number 18H04210
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

小布施 秀明  北海道大学, 工学研究院, 助教 (50415121)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsトポロジカル相 / エッジ状態の動的制御 / 量子ウォーク / PT対称性
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,光学系に備わるトポロジカル相を活用することにより,新奇光学デバイスの開発,及び量子情報の分野で必要とされる光子の量子状態制御への応用を踏まえ,光ダイナミクスを時空間で制御するための手法の開拓を目指した研究を行うことである.
以前の研究では,静止した1次元系のエッジ状態(ゼロ・エネルギー状態)に対し,トポロジカル相の相境界を等速で移動させることによりエッジ状態の状態輸送を行う場合,ローレンツ不変性を用いた解析より,ローレンツ収縮によるエッジ状態の局在長が収縮し,さらにゼロ・エネルギー状態以外への状態遷移が生じることを,1次元量子ウォークに対して示した.さらに、制御時に,加速時間域,等速移動時間域,減速時間域の3つの時間域に分け,加速時間域と減速時間域では断熱過程を用いた制御を行い,等速移動時間域では解析計算における厳密解を踏まえた制御を行うことにより,高速な状態輸送が可能となることを示した。
本年度は、Su-Schrieffer-Heeger (SSH)SSHモデルにおけるエッジ状態の輸送に関する研究を行った。先行研究で用いた量子ウォークとSSHモデルは連続体近似を適用すると、両モデルはユニタリー同値なハミルトニアンで記述される。そこで、以前の研究結果を踏まえ、SSHモデルのホッピング項に時間依存性を導入した。その結果、連続体近似がよい近似となるパラメーター領域では、SSHモデルを用いた場合の輸送効率(忠実度)は、量子ウォークを用いた場合と、ほぼ一致することが明らかとなった。一方で、連続体近似がよい近似とならない場合、SSHモデルの輸送効率は急激に低下するが、この状況下におけるローレンツ変換を考慮することにより、より効率のよい輸送手法を明らかにした。
また、本年度は、開放系量子ウォークや非線形性を有する量子ウォークにおけるトポロジカル相についての研究も行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (40 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 17 results,  Invited: 8 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Beijing CSRC/Southeast University/USTC(中国)

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      Mochizuki Ken、Kawakami Norio、Obuse Hideaki
    • Journal Title

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      Volume: 53 Issue: 8 Pages: 085702-085702

    • DOI

      10.1088/1751-8121/ab6514

    • NAID

      120006980035

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    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: - Issue: 12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa034

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    • Author(s)
      小布施 秀明, 望月 健, 金 多景, 川上 則雄
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 74 Pages: 780-786

    • NAID

      130007843326

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      Xiao Lei, Qiu Xingze, Wang Kunkun, Bian Zhihao, Zhan Xiang, Obuse Hideaki, Sanders Barry C., Yi Wei, Xue Peng
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 98 Issue: 6 Pages: 0638471-10

    • DOI

      10.1103/physreva.98.063847

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      Ken Mochizuki, Norio Kawakami, Hideaki Obuse
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      Makio Kawasaki, Ken Mochizuki, Norio Kawakami, Hideaki Obuse
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    • Author(s)
      小布施秀明(共編者:今野紀雄, 井出勇介)
    • Total Pages
      21
    • Publisher
      培風館
    • ISBN
      4563011622
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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