2019 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study on quantum bit in strongly correlated systems
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19K03708
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
柴田 尚和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40302385)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子多体系 / 密度行列繰り込み群 / 量子アニーリング / 量子計算機 / 強相関電子系 / 近藤効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
伝導電子と相互作用する複数の局在スピンの間で形成される量子多体状態の安定性を明らかにするため、密度行列繰り込み群とサイン２乗変形法(SSD)を用いて複数の不純物スピンによって構成される近藤模型の低エネルギー状態を解析し、多数の局所的安定状態の形成とその間の転移の存在を確認した。得られた量子多体状態は、局所的に形成された多体状態の基底を特徴付ける電子数やスピンの量子数によって分類することができ、この安定な局所的電子状態と量子情報を対応付けることでこのような強相関電子系において情報の表現が可能であることが分かった。また、伝導電子と複数の自由度をもつ局在電子が強く結合するときに形成される基底状態を解析し、金属相、スピンギャップ相、絶縁体相の存在とそれらの間の相転移の振る舞いを明らかにした。これらの相の境界は相互作用の種類や大きさによって変化するため、その変化の様子から量子相転移の理解を深めることができた。その他、環状構造を繋げた量子スピン系の幾何構造と基底状態についての系統的解析から、フラストレーションの特徴を決める格子の幾何構造とスピンギャップ相、常磁性相、強磁性相などの様々な基底状態との関係を明らかにした。この結果は、相互作用の強さや結合の数、結合の幾何構造によって系統的に電子状態を制御できることを示している。さらに、組合せ最適化問題の解を求める量子アニーリング機「D-Wave」の動作検証を行うために、開放量子多体系の計算手法を開発し、その計算法を用いた解析から量子多体系のシミュレーターとして「D-Wave」が利用できることを確認した。
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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
電子相関を正確に取り込む計算手法の開発を予定通り終え、量子多体系のモデルに対する計算結果の取得も可能にした。形成される局所的な量子多体状態の確認にも成功し、初年度の成果としてはほぼ予定通りと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
すでに学会発表を行なっているが、得られた結果を系統的に整理して論文にする必要がある。
今後は、得られた量子多体状態の形成条件を明らかにして、相互作用や外場によって状態遷移や転移の誘導が可能であることを確認する。系統的に基底状態を解析することで、量子多体系の局所安定状態の形成と転移のメカニズムを解明し、応用に繋げたい。
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| Causes of Carryover |
2020年3月の日本物理学会が中止になったことで、旅費相当分が未使用になったこと、また、購入を予定していた計算機のCPUをより高性能な他社のものに変更したことで、その動作検証の時間を確保する必要が生じ、一部のCPUの購入時期を次年度に変更したため次年度使用額が生じた。未使用分は次年度に計算機のCPUの購入のために使用する。
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