2021 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical studies of nonequilibrium open systems using nonperturbative approaches
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21K13859
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
蘆田 祐人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00845464)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子多体系 / 非平衡開放系 / 量子光学 / 統計物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、量子電磁場などの環境自由度と強く結合した量子系を解析するための理論手法を開発し、その応用により新奇な量子相や非平衡ダイナミクスを解明することである。初年度である今年度は、共振器中に閉じ込められた量子電磁場と物質が強く結合した物理系に着目し、任意の結合強度で適用可能な非摂動的枠組みを構築した。光と物質の超強結合領域は量子光学・固体物理・量子化学など幅広い分野で実験的にも実現しており、新奇物性探索の場として近年注目されている。特定の領域/物理系における理論が個別的に提案されてきた一方で、任意の結合領域/セットアップを包括的に記述する理論的枠組みは未だ構築されていなかった。本研究により量子的な光を用いた物性制御の可能性を理解するための枠組みが得られたが、この結果はこれまで精力的に調べられてきた「フロケ制御」の研究とも次の点で相補的である。即ち、後者では古典電磁場を周期外場として物質を駆動しその過渡的な物性変化を探るため不可避的な温度上昇（ヒーティング）が問題となるが、前者では真空量子電磁場環境に基づく制御を行うためこのような問題は生じない。以上の成果は2編の論文としてまとめ、1編はPhysical Review Letters 誌より出版され、もう1編は現在国際誌で査読中であり、また国内外での招待講演やセミナーなどを通しても発表された。一方で、統計物理の研究においても一定の成果が得られ国際誌より論文として出版され、また開放系の物理に関する包括的な概説論文も執筆し、こちらはAdvances in Physics誌より出版された。さらに理論を量子散逸系にも応用し数値的繰り込み群と汎関数繰り込み群を組み合わせることで、これまで論争となっていた基底状態の相図を決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の計画として当初想定していた、量子電磁場モードが単一の場合にとどまらず、より解析が挑戦的な連続・複数の量子電磁場モードを有した場合に理論を展開することに成功したため。これにより共振器量子電磁力学のみならず超電導回路や導波管量子電磁力学など、最先端の量子光学系で実現しているより広いクラスの問題の強結合領域が解析できるようになった。よって、当初の計画以上に研究が進展していると判断するのが妥当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に構築した理論的枠組みにより、共振器物質系の強結合領域の解析が可能となったため、今後は量子電磁場との強い相互作用により具体的にどのような新しい物理現象が生じるのかを明らかにしてゆく。具体的には、本年度に構築した強束縛模型に基づき、共振器中でのベリー位相や量子幾何、さらには近藤効果など磁性の量子光物質相互作用による制御の可能性を探索する。一方で、電磁場が連続的な場合に関してもさらに研究を進め、新規な非平衡ダイナミクスや散逸現象の発見を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初、今年度に行う予定であった国内外の研究機関への滞在や国際・国内会議への参加がCOVID-19の流行により現地開催が困難となったかあるいは中止を余儀なくされた。このため当初の使用計画から大幅な変更が生じたため。
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