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2022 Fiscal Year Research-status Report

強相関系のための量子計算手法の研究と開発

Research Project

Project/Area Number 22K03520
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

関 和弘  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) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords量子多体問題 / 量子計算
Outline of Annual Research Achievements

近年、量子コンピュータの研究開発が世界中で進められており、同時にその有効な利用法が模索されている。本研究は、量子多体系である量子コンピュータを用いた量子計算が、将来的に量子多体系のシミュレーションに有効に利用できる可能性に任せて、強相関電子系に代表される量子多体系のための量子計算手法の研究と開発を目的としている。その取り組みの一つとして、量子コンピュータを用いた計算により量子多体系の統計力学的扱いを可能にする、ミクロカノニカル集団のための量子古典ハイブリッド計算法を提案した。この方法は、与えられたエネルギーを近似的に期待値としてもつ状態(ミクロカノニカル集団に対応する純粋状態)を、時間発展させたランダム状態のフーリエ変換により得るという考えに基づいており、このフーリエ変換における時間積分範囲のカットオフに相当する時間パラメタの逆数がミクロカノニカル集団のエネルギー殻の幅を定めている。計算の具体的な手順としては、ユニタリデザインに基づき用意したランダム状態に関して時間発展演算子および時間発展演算子とハミルトニアンの積の期待値を量子コンピュータで計算し、それらの期待値に関する時間積分等の処理を古典コンピュータで行うことで、エントロピーや 温度等を得ることを想定している。スピン1/2ハイゼンベルク模型を例として、本提案手法で用いる量子回路の具体例やその古典シミュレーション結果を取りまとめて、論文として発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子コンピュータを用いた計算により量子多体系の統計力学的扱いを可能にする量子古典ハイブリッド計算法を提案し、その提案を論文にすることができたから。

Strategy for Future Research Activity

今後は古典コンピュータを用いたシミュレーションだけでなく、量子コンピュータ実機を用いた実証実験を取り入れて研究を推進したい。

Causes of Carryover

コロナウイルス感染症拡大防止の方針に倣い出張で使用する予定だった旅費を使用しなかったため。次年度は情報収集と成果発表を目的とした出張を行い、そのための旅費を次年度使用額の主な使い道にすることを計画している。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Monte Carlo study of cuprate superconductors in a four-band d-p model: role of orbital degrees of freedom2023

    • Author(s)
      Watanabe Hiroshi、Shirakawa Tomonori、Seki Kazuhiro、Sakakibara Hirofumi、Kotani Takao、Ikeda Hiroaki、Yunoki Seiji
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 35 Pages: 195601~195601

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc0bf

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy-filtered random-phase states as microcanonical thermal pure quantum states2022

    • Author(s)
      Seki Kazuhiro、Yunoki Seiji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 155111-1/21

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.155111

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variational counterdiabatic driving of the Hubbard model for ground-state preparation2022

    • Author(s)
      Xie Qing、Seki Kazuhiro、Yunoki Seiji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 155153-1/12

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.155153

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ミクロカノニカル集団のための 量子古典ハイブリッド計算法2023

    • Author(s)
      関和弘
    • Organizer
      量子物理学・ナノサイエンス第353回セミナー
    • Invited
  • [Presentation] ミクロカノニカル集団のための量子古典ハイブリッド計算法2023

    • Author(s)
      関和弘
    • Organizer
      物性研究のための量子アルゴリズム最前線
    • Invited
  • [Presentation] Quantum-classical hybrid algorithm for microcanonical ensembles2023

    • Author(s)
      Kazuhiro Seki
    • Organizer
      Quantum Many-Body Systems In and Out of Equilibrium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum-classical hybrid method for microcanonical ensembles2023

    • Author(s)
      Kazuhiro Seki
    • Organizer
      Workshop on Quantum Simulation Research
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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