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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Scaling theories of random quantum systems

Research Project

Project/Area Number 19H00658
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

大槻 東巳  上智大学, 理工学部, 教授 (50201976)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小布施 秀明  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50415121)
羽田野 直道  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70251402)
後藤 貴行  上智大学, 理工学部, 教授 (90215492)
SLEVIN KEITH  大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (90294149)
今田 正俊  早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywordsアンダーソン転移 / スケーリング理論 / 密度汎関数 / 深層学習 / 転送行列
Outline of Annual Research Achievements

2021年度は本課題が始まって3年目となる。前年度に立案した計画に従い以下の成果をあげた。
1. アンダーソン転移は通常のWigner-Dysonクラスの他に,7つの新奇なクラスが知られており,近年,トポロジカル絶縁体,トポロジカル超伝導体の研究から注目を集めている。2021年度はこれらの新奇なクラスにおけるアンダーソン転移を詳細に調べた。これまでの研究では,新奇な対称クラス,特にカイラルクラスを実現するために,電子のトランスファーをランダムにするというアプローチが考えられていたが,これは数値計算には適しておらず,定量的な解析が行われていなかった。本課題では転送行列などの数値計算が安定的に行えるモデルを提案し,その数値計算をスケーリング理論で解析した(業績リスト[1])。
2. 2次元トポロジカル超伝導体の3重臨界点の繰り込み計算と数値計算を行い,その臨界指数を明らかにした(業績リスト[2, 3])。
3. 電子間相互作用があるランダム量子系であるドープされた半導体における波動関数の解析を,深層学習を用いて行った。(業績リスト[4])
4. これらの研究の成功から,さらに研究を発展させ,非エルミートランダム量子系の研究を行なった。2021年度は通常のWinger-Dysonクラスに取り掛かり,これらの系のエネルギー準位間隔の統計から,臨界指数を求め,非エルミート性によって臨界指数が変化することを明らかにした(業績リスト[5])。さらに非エルミート系でも転送行列によるLyapuov指数の計算が安定的におこなえること,Lyapuov指数の非エルミート系での振る舞いを明らかにし,これらを元により精密な数値計算を行なった(業績リスト[6])。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた,新奇な対称クラスの研究だけでなく,密度班関数法で求めた電子間相互作用が強い場合のランダム量子系の解析や非エルミート系の解析まで行うことができた。また,2020年度に主催した国際会議Localisation2020を発展させ,月に2回程度の頻度でLocalisation seminar seriesというオンラインセミナーを主催した。

Strategy for Future Research Activity

エルミート系は10の対称クラス(3つのWinger-Dysonクラスと7つの新規なクラス)に分類できるのに対して,非エルミート系は38のクラスに分類される。2021年度は非エルミート性により臨界指数が変化することを確認した。38のクラスそれぞれが異なる臨界指数を示すのかどうかを2022年度以降明らかにしていく。また,相互作用するランダム量子系として量子回路が注目されている。量子回路における相転移のスケーリング理論も構築していきたい。また本課題全般に機械学習の手法を積極的に取り入れていく。

  • Research Products

    (37 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 11 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      北京大学
  • [Journal Article] Extrinsic topology of Floquet anomalous boundary states in quantum walks2022

    • Author(s)
      Takumi Bessho, Ken Mochizuki, Hideaki Obuse, and Masatoshi Sato
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 28770-01-23

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.094306

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Universality classes of the Anderson transition in the three-dimensional symmetry classes AIII, BDI, C, D, and CI2021

    • Author(s)
      Wang Tong、Ohtsuki Tomi、Shindou Ryuichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 1,10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.014206

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multicriticality of two-dimensional class-D disordered topological superconductors2021

    • Author(s)
      Wang Tong、Pan Zhiming、Ohtsuki Tomi、Gruzberg Ilya A.、Shindou Ryuichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 1,14

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.184201

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Renormalization group analysis of Dirac fermions with a random mass2021

    • Author(s)
      Pan Zhiming、Wang Tong、Ohtsuki Tomi、Shindou Ryuichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 1,22

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.174205

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis of Kohn-Sham Eigenfunctions Using a Convolutional Neural Network in Simulations of the Metal-Insulator Transition in Doped Semiconductors2021

    • Author(s)
      Harashima Yosuke、Mano Tomohiro、Slevin Keith、Ohtsuki Tomi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Pages: 1,6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.094001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transfer matrix study of the Anderson transition in non-Hermitian systems2021

    • Author(s)
      Luo Xunlong、Ohtsuki Tomi、Shindou Ryuichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 1,20

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.104203

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Universality Classes of the Anderson Transitions Driven by Non-Hermitian Disorder2021

    • Author(s)
      Luo Xunlong、Ohtsuki Tomi、Shindou Ryuichi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 126 Pages: 1,5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.126.090402

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hidden self-energies as origin of cuprate superconductivity revealed by machine learning2021

    • Author(s)
      Yamaji Youhei、Yoshida Teppei、Fujimori Atsushi、Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3 Pages: 1,37

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.043099

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Order-<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math> orbital-free density-functional calculations with machine learning of functional derivatives for semiconductors and metals2021

    • Author(s)
      Imoto Fumihiro、Imada Masatoshi、Oshiyama Atsushi
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3 Pages: 1,17

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.033198

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ab initio derivation of low-energy Hamiltonians for systems with strong spin-orbit interaction: Application to Ca5Ir3O122021

    • Author(s)
      Charlebois Maxime、Moree Jean-Baptiste、Nakamura Kazuma、Nomura Yusuke、Tadano Terumasa、Yoshimoto Yoshihide、Yamaji Youhei、Hasegawa Takumi、Matsuhira Kazuyuki、Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Pages: 1,19

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.075153

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge Order and Superconductivity as Competing Brothers in Cuprate High-<i>T</i><sub>c</sub> Superconductors2021

    • Author(s)
      Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Pages: 1,10

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.111009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Resonant Inelastic X-Ray Scattering Spectra of Cuprate Superconductors Predicted by Model of Fractionalized Fermions2021

    • Author(s)
      Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Pages: 1,10

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.074702

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dirac-Type Nodal Spin Liquid Revealed by Refined Quantum Many-Body Solver Using Neural-Network Wave Function, Correlation Ratio, and Level Spectroscopy2021

    • Author(s)
      Nomura Yusuke、Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 11 Pages: 1,19

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.11.031034

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Local moments versus itinerant antiferromagnetism: Magnetic phase diagram and spectral properties of the anisotropic square lattice Hubbard model2021

    • Author(s)
      Raczkowski Marcin、Assaad Fakher F.、Imada Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Pages: 1,18

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.125137

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Delocalization of a non-Hermitian quantum walk on random media in one dimension2021

    • Author(s)
      Naomichi Hatano and Hideaki Obuse
    • Journal Title

      Annals of Physics

      Volume: 435 Pages: 168615-1-13

    • DOI

      10.1016/j.aop.2021.168615

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] withコロナでの国際会議のカタチ――Localisation 2020の取組み2021

    • Author(s)
      小布施 秀明
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 76 Pages: 375-376

    • DOI

      10.11316/butsuri.76.6_375

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 物質科学の「富岳」基礎科学課題では実験と連携して何を明らかにしようとしているか?―分数化、高温超伝導、量子流体2022

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      「富岳」成果創出加速プログラム計算基礎科学連携拠点シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 電子分数化と銅酸化物超伝導2022

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      高温超伝導フォーラム第9回会合
  • [Presentation] non-unitary quantum walk approach for non-Hermitian phyics2022

    • Author(s)
      Hideaki Obuse
    • Organizer
      Mathemtatical approach for topological physics (III)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 非エルミート系の物理:量子ウォークによるアプローチ2022

    • Author(s)
      小布施 秀明
    • Organizer
      第9回統計物理学懇談会
    • Invited
  • [Presentation] 2内部自由度量子ウォークによる量子探索効率の次元依存性と解析的評価2022

    • Author(s)
      武田紘明, 川上則雄, 岡本亮,小布施秀明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
  • [Presentation] 量子アクティブ粒子の非エルミート量子ウォークを用いた定義2022

    • Author(s)
      山岸愛, 羽田野直道, 小布施秀明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
  • [Presentation] 非ユニタリー量子ウォークにおける非エルミート非局在転移2022

    • Author(s)
      羽田野直道, 小布施秀明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
  • [Presentation] Machine learning magneto-fingerprints in mesoscopic systems2021

    • Author(s)
      Tomi Ohtsuki
    • Organizer
      Artificial intelligence, mathematics and physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Machine learning methods for quantum many-body solver and experimental-data analyzer in physics2021

    • Author(s)
      Masatoshi Imada
    • Organizer
      International Workshop on Quantum Artificial Intelligence
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 強相関電子物質の多体電子構造と階層的第一原理計算2021

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      JST-CRDSセミナー
    • Invited
  • [Presentation] 銅酸化物における電子の分数化の 共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による実証予測2021

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] Electron fractionalization and cuprate superconductivity2021

    • Author(s)
      Masatoshi Imada
    • Organizer
      7th International Conference on Superconductivity and Magnetism
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分子性結晶における量子縺れ・スピン液体2021

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      豊田理研研究発表会
    • Invited
  • [Presentation] 量子物質の創発と機能のための基礎科学―「富岳」と最先端実験の一体化による革新的強相関電子科学2021

    • Author(s)
      今田正俊
    • Organizer
      「富岳」成果創出加速プログラム 物質・材料系課題 合同研究会
  • [Presentation] Multifractality and the distribution of the Kondo temperature at the Anderson transition2021

    • Author(s)
      Keith Slevin
    • Organizer
      IBS Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Daejeon
    • Invited
  • [Presentation] Multifractality and the distribution of the Kondo temperature at the Anderson transition2021

    • Author(s)
      Keith Slevin
    • Organizer
      Laboratoire de Physique Theorique, Toulouse
    • Invited
  • [Presentation] Non-Hermitian physics and non-unitary quantum walks2021

    • Author(s)
      Hideaki Obuse
    • Organizer
      統計力学セミナー
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 非ユニタリー量子ウォークにおける表皮効果の理論と実証実験2021

    • Author(s)
      小布施秀明, 川上則雄, 岡本亮
    • Organizer
      2021年物理学会秋季大会
  • [Presentation] 散逸量子系における副格子対称性に保護されたエッジ状態2021

    • Author(s)
      河崎真樹男, 望月健, 小布施秀明
    • Organizer
      2021年物理学会秋季大会
  • [Remarks] TomiOhtsukiWebsite

    • URL

      https://sites.google.com/view/tomiohtsukiwebsite/home

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Published: 2023-12-25  

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