Study of pseudogap phenomena in doped Mott insulators

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23433
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Seki Kazuhiro 国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 研究員 (40708533)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2024-03-31
• Keywords: 量子多体系 / 強相関電子系

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to explore phenomena in doped Mott insulators and tackled the calculation of the ground state and finite-temperature properties of quantum many-body systems. Specifically, we calculated the ground state phase diagram of the Hubbard-Holstein model using the quantum Monte Carlo method and calculated the finite-temperature properties of the Heisenberg model with ring exchange interactions.
Furthermore, along with the rapid advancement of quantum computing devices, we focused on the potential applications of quantum computers to quantum many-body system calculations. Specifically, we proposed methods for constructing a type of resonating-valence-bond (RVB) variational wave function, useful for analyzing quantum spin models, on quantum circuits and proposed several quantum algorithms for the study of quantum many-body systems.

Free Research Field

物性物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Hubbard模型やHeisenberg模型や横磁場Ising模型は、量子力学に従い相互作用する固体中の多数の粒子（電子やスピン）の模型として、物性物理学分野で物性の理解に役立てられている。一方で近年の量子コンピュータ研究開発の盛り上がりの中で、これらの模型が示すダイナミクスや基底状態等は、物性物理の枠を超えて量子コンピュータ研究開発を行う企業等の研究グループによりベンチマークとして用いられる機会が増してきている。本研究成果の中で、とりわけ初期に行なったRVB型波動関数の量子回路表現と実機による実証を行なった研究は、近年のこのような流れに先駆けたものである点に学術的意義がある。