| 研究領域 | 極限宇宙の物理法則を創る－量子情報で拓く時空と物質の新しいパラダイム |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05184
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
飯塚 則裕 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (40645462)
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| 研究分担者 |
宇賀神 知紀 立教大学, 理学部, 准教授 (00837239)
寺嶋 靖治 京都大学, 基礎物理学研究所, 助教 (20435621)
野海 俊文 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30709308)
重森 正樹 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (60608256)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
76,440千円 (直接経費: 58,800千円、間接経費: 17,640千円)
2024年度: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2023年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | ブラックホール / 弦理論 / 量子情報 / ゲージ重力対応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「極限宇宙」の一つ、空間の歪みの極限に相当する量子ブラックホール(BH)の解析は、現代物理学の最大の未解決問題である重力の量子論である量子重力理論の解明につながる重要な試金石となる。超弦理論はその量子重力理論の候補として発展してきたが、近年、この超弦理論から発見された、ゲージ理論(=量子多体系の理論)と量子重力理論としての超弦理論の等価予想(=ゲージ重力対応)から、量子BHの様々な側面が明らかになりつつある。我々はここに最近めざましく発展してきた量子情報の概念をフルに活用し、「BHの内部でどのような物理法則が成立しているか」を解明し、人類の英知に貢献することを大きな研究目標に掲げる。
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| 研究実績の概要 |
量子もつれの指標となるエンタングルメントエントロピーはHilbert 空間が直積の構造を持たない場合、スピン系のような定義が使えない。しかしブラックホールに等価な場の理論はゲージ理論である（ゲージ重力対応）。故にゲージ理論における量子もつれを理解することは、ゲージ重力対応、ひいてはブラックホールを理解する上で非常に重要であることは明らかであろう。ゲージ理論では、ガウスの法則等によりHilbert空間が直積の構造をもたず、Bell Pair に相当するエンタングルメントエントロピーの計算は単純な経路積分の結果と食い違う。City University of New York (米国)の Daniel Kabat 氏とともに姉川尊徳、飯塚則裕は、砂時計法という新しい手法を開発、またさらにそれを発展させ、エンタングルメントを引き起こす断面領域が球面の場合、この砂時計法により経路積分から Bell Pair に相当する正しい係数をゲージ理論で導くことに成功した。
また量子情報の概念とゲージ重力対応を融合させブラックホールの内部を理解するためには量子情報の専門家から量子情報の概念を学ぶ必要がある。交流研究会を積極的に開催し、互いに知見を共有する場を設けた。量子情報の専門家との交流研究会は100人を超える参加者があり、弦理論の方から最近のアイランド公式（B01班、飯塚、宇賀神）、量子情報の専門家からPetz map（Buscemi, A01班）やHayden-Preskillモデル（中田, A01班、田嶋）について知見を共有できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
交流研究会も活発な議論をおこない、互いの知見を交換し、活発な議論がおこなわれ非常に有益であった。
また砂時計法もより理解が深まり、ゲージ理論のエンタングルメントについてもさらなる知見を深めることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
交流研究会などで得られた知識を量子ブラックホールの研究に活かした研究を推し進めていく。
また新たに雇用する研究員たちと共に、ブラックホールの内部を読み解く研究や、ブラックホールに等価な量子多体系を調べる研究、および宇宙への応用も念頭に入れたde Sitter空間のホログラフィー等の研究を推し進めていく。
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