2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum/Classical hybrid simulations of multielectron dynamics in intense laser fields
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21K18903
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 健 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30507091)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子コンピュータ / 電子ダイナミクス / 時間依存ユニタリ結合クラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年ノーベル賞受賞のレーザー技術に基づくアト秒科学は、光反応最初期過程の電子ダイナミクスの直接観察・制御を目指す。その実現には多電子ダイナミクスの信頼できる計算方法が必要だが、量子多体系特有の組み合わせ爆発の問題が伴う。 本研究では、高強度レーザー場中の多電子ダイナミクスのための、NISQ量子コンピュータを用いた量子・古典ハイブリッドアルゴリズムを開発した。時間に依存しない量子化学がNISQ量子コンピュータのキラーアプリケーションであるという認識は広く共有されているが、量子コンピュータの時間依存量子系への適用は簡単なモデル系に留まっている。これに対し本研究は、現実世界の現象であり、アト秒科学で重要な高次高調波発生のシミュレーションに実機量子コンピュータを適用する。この課題に、申請者が開発してきた時間依存多電子理論にNISQアルゴリズムを組み込み、多体量子情報（一体量子情報）の時間発展を量子コンピュータ（古典コンピュータ）で計算するという戦略で挑む。2022年度は、古典コンピュータで計算する電子の軌道関数と、量子コンピュータで計算する量子回路パラメータを両方とも時間発展させる時間依存最適化ユニタリ結合クラスター法（TD-OUCC）の世界初の開発に成功し、量子回路エミュレータを用いた数値検証を行った。高強度フェムト秒パルス（波長800 nm、強度0.4 PW/cm2）をHe原子【J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47, 204031 (2014) 】に照射するシミュレーションを行なったところ、高次高調波発生を精度よくシミュレーションできることがわかった。研究機関全体を通じて実施した研究の成果により、量子コンピュータを用いた量子多体系ダイナミクスシミュレーションの基礎を確立した。
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