2017 Fiscal Year Annual Research Report
量子情報デバイス研究開発における数理科学的連携探索
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26310210
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
廣川 真男 広島大学, 工学研究科, 教授 (70282788)
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2014-07-18 – 2019-03-31
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| Keywords | 一般化された量子Rabi模型 / 仮想光子 / 実光子 / 物理的状態 / 裸の状態 / メゾン・ペア理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は，前年度掲げたように，非可換調和振動子模型の中の(一般化された)量子Rabi模型が持つ量子相転移の可能性の観点から，量子ゆらぎを司る仮想光子の実光子への転化を中心に研究を行った。平成28年度までに示していた「結合定数がゼロの場合には量子Rabi模型はN=2超対称量子力学を記述する数理模型となっているが，結合定数を大きくした極限ハミルトニアンでは，元の超対称性が自発的に破れる数理模型となる」事を，ハミルトニアンに対するノルム・レゾルベントの意味で収束する事実を証明する数学の手法で示した。連携研究者の仙場氏と彼の共同研究者である吉原氏らの実験により，この極限ハミルトニアンが実際の実験でも有効ハミルトニアンとして，深強結合領域の量子Rabiハミルトニアンの解析に有効であることが示されているが[Nature Phys, vol.13,44-47 (2017)]，平成29年度に証明した定理は，超伝導回路におけるバイアス・エネルギーがゼロの(従って模型がパリティ対称性を持つ)場合に，裸の状態としての基底状態に対するものである。平成29年度は，さらにバイアス・エネルギーがゼロでない一般化された量子Rabi模型に対し，原子と光の場の相互作用が強くなったときに重要な役割を果たす光子場の2次の項をも考慮した。この2次の相互作用項を持った数理モデルに対し，原子核物理学の(メゾン・)ペア理論に従い，物理的状態としての基底状態を取り出すくり込みを施し，ハミルトニアンの強結合極限をノルム・レゾルベントの意味での収束を考えた。この極限ハミルトニアンでは，2次の項を含まない場合の裸の状態と違い，くり込みが原子の影響を残し，基底状態がシュレディンガーの猫状態で良い近似を与える可能性が伺え，これを基に，仮想光子から実光子への転化を実験で観測するためのヒントを数理物理学的に示唆する結果が得られた。
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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
本申請課題の目標であった，数理モデルを構築しそれを数理解析することで実際の物理現象を検証する共同研究を，NV中心ダイヤモンドを用いた量子計測装置に応用したテーマへ拡張し，日立製作所内に研究オフィスを設置してもらい，本研究課題の研究協力から共同研究へと発展させた。また，原子と光の相互作用の物理系に対する量子シミュレーションの観点から，超伝導回路上で実現する人工2準位原子と1モード光子の相互作用系を用い，基底状態における仮想光子から実光子への転化を，仙場氏らのグループと議論できる段階まで踏み込めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる平成30年度は，日立製作所内に設置してもらった研究オフィスを拠点に，NV中心ダイヤモンドを用いた量子計測装置開発といった応用的研究テーマに発展させ，次の共同研究に繋げる。また，実験面から協力をお願いしているNICTの仙場氏らのグループと，超伝導回路上で実現する人工2準位原子と1モード光子の相互作用系に対し，基底状態における仮想光子から実光子への転化を実際に観測する方法を，数理モデルの構築と解析を通して考えて行く。
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| Causes of Carryover |
海外からの招聘者の予算が僅かに安く納まったため次年度使用額が生じたが，次年度はこの額を本研究課題に係る招聘者もしくは本研究課題関係者の旅費にくり込むこととする。
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