2021 Fiscal Year Research-status Report
Modularization of quantum circuits and mathematical and experimental study of quantum control
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20K03795
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
中原 幹夫 近畿大学, 理工学総合研究所, 研究員 (90189019)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
NICCHORMAIC SILE 沖縄科学技術大学院大学, 量子技術のための光・物質相互作用ユニット, 教授 (10715288)
BUSCH Thomas 沖縄科学技術大学院大学, 量子システム研究ユニット, 教授 (30715272)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子状態トモグラフィー / 不確定性関係 / 冷却原子 / 量子ネットワーク / Rydberg原子 / 光ナノファイバー / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中原は，密度行列のトモグラフィーおよび様々な不確定性関係の不等式の飽和に関する研究を行った．前者では，IBM量子コンピュータを念頭に置いて最小回数の測定ですべての行列要素を測定する方法を導いた．さらに測定する系と同じ次元のアンシラ系をエンタングルさせることにより，１回の測定で全行列要素が測定できる方法も導いた．後者ではRobertson-Kennardの不確定性関係だけでなく，標準偏差の和に対するMaccone-Patiの不確定性関係の飽和条件も見出した．現在これらの成果を投稿準備中である．またPhilos. Trans. Royal Soc. Aに”Shortcuts to Adiabaticity”という非断熱量子制御の特別号の提案を行い採択された．現在非断熱量子制御のレビューを執筆中である
BuschとNic Chormaicは原子とナノファイバーの結合の完全な理解について研究した．結合したナノファイバー系の詳細な解析を行い，それらが原子の新しいトラップ配置を与えることを示した．このトラップは近接光の干渉に基づき，約1mKで十分な深さをもち，数秒のコヒーレンス時間と数時間のトラップ寿命を持つ．またナノファイバーの近くの多重準位のアルカリ金属原子におけるCasimir-Polderポテンシャルを解析し，低エネルギーの励起状態のポテンシャルは正となりうる，ゼロの周りで減衰振動をする，原子とファイバーの距離のある領域で反発力となることを示した．これはポテンシャルが常に引力である基底状態と対比される．２つの同一の平行ナノファイバー間の力を厳密なアレイ・モード理論を用いて解析した．その結果，偶アレイ・モードによる力は引力で，奇アレイ・モードよる力は斥力であることを示した．現在２つのファイバーの結合について，その輻射モードの決定による完全な記述が完成しつつある．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
中原は量子状態トモグラフィーと不確定性関係の新たなプロジェクトを立ち上げたため，本来の量子制御の研究がおろそかになった．一方量子状態トモグラフィーは量子制御の結果を測定する方法として重要であり，不確定性関係は量子速度限界と密接に関係しており，次年度は当初の研究予定に加え，今年度の研究を量子制御に反映する研究も行いたい．
BuschとNic Chormaicの研究は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
中原は機械学習やSubriemannian測地線を使った量子最適制御の研究を行うとともに，今年度の研究成果を量子制御に反映する．BuschとNic Chormaicは現在の結合光ナノファイバーの研究を理論(Busch)と実験(Nic Chormaic)の両方の側面から継続して研究する．
新型コロナの制限により，今年度予定していた研究集会が開催できなかったが，次年度沖縄科学技術大学院大学において研究集会を開催し，それぞれの研究成果を公開する．また，それに基づき新たな研究テーマを開発する．中原とBuschが申請していた量子制御に関する中国との二国間共同研究が採択されたので，その成果も本研究に反映したい．
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| Causes of Carryover |
中原とBuschは科研費を国内，国外旅費に使う予定であったが，新型コロナによる旅行規制のために実現せず，次年度繰り越しとなった．次年度は沖縄でこの科研費による研究集会を開催する予定である．また，共同研究者がいる国で渡航制限が解除された国には積極的に訪問する．ただし現状では渡航制限の予測がつかず，制限が強化された場合は国内の共同研究者との議論に使用することになる．
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