時間とエネルギーに対する量子測定モデルの確立

• 研究課題/領域番号: 09J08624
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 数理物理・物性基礎(理論)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 鹿野 豊 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円); 2011年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2010年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2009年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 量子ウォーク / 弱値 / 弱測定 / 操作論的観点 / 量子力学 / 確率 / 量子位相 / 確率過程 / 量子確率論 / スペクトル理論

研究概要

時間とエネルギーに対する量子測定モデルとして決定的なモデルを確立することが出来た。それは、トイモデルである離散時間量子ウォークの中でという限定つきではあるが、これらの考え方を模倣することにより、より理解が深まっていくと考えられる。実際に示したことは、離散時間量子ウォークからデコヒーレンスと時間的に変化する量子コインを用いて、連続時間量子ウォークおよび離散時間および連続時間ランダムウォークとの対応を調べた。その際、スケーリングの規則の対応関係を示した。また、昨年度精力的に研究を進めてきた弱値に関する研究については、量子力学との整合性が確認され、これから一層の量子情報科学および量子基礎論での理論の展開が行える段階となった。今年度は量子プロセストモグラフィーに焦点をあて、弱測定の見方を捉え直すことにより、対応関係が明確化することが出来た。そして、実際に、そのような実験を行う際の手順までを与え、用いた近似における妥当性や今後の問題点について列挙してある。更に、タイムパラドックスと呼ばれるモデルの中でも弱値の有用性は証明されている。これらは場の量子論を用いた計算規則との対応関係をポストセレクション型タイムトラベルモデルで示したことで、場の量子論における弱値の役割や時空との関係を述べることができる段階になった。そして、この度、新しく研究をスタートさせたのが、情報科学的視点から見た熱力学の研究である。これは、当初ブリリアンによって提唱されていたアイディアを現代の視点から捉え直し、正当化したともいえる研究である。この物理を情報科学的に、すなわち、操作的観点から捉え直すという一連の仕事は今後、重要視されていくとともに、化学や生物といった別の自然科学への波及効果も十二分に大きいと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] The quantum mechanics of time travel through post-selected teleportation (2011)
  • 著者名/発表者名: Seth Lloyd, Lorenzo Maccone, Raul Garcia-Patron, Vittorio Giovannetti, Yutaka Shikano
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 84 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.025007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crossovers induced by discrete-time quantum walks (2011)
  • 著者名/発表者名: Kota Chisaki, Norio Konno, Etsuo Segawa, Yutaka Shikano
  • 雑誌名: Quantum Information and Computation 巻: 11 ページ: 741-760
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Spin-Spin Interaction by Weak Measurement Scheme (2011)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Shu Tanaka
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 96 号: 4 ページ: 40002-40002
  • DOI: 10.1209/0295-5075/96/40002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Maxwell's Demon and Data Compression (2011)
  • 著者名/発表者名: Akio Hosoya, Koji Maruyama, Yutaka Shikano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 84 号: 6 ページ: 61117-61117
  • DOI: 10.1103/physreve.84.061117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Framework of Weak Measurement with Noise (2011)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Akio Hosoya
  • 雑誌名: Physica E 巻: 43 ページ: 776-778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection and Manipulation of Single Spin of Nitrogen Vacancy Center in Diamond toward Application of Weak Measurement (2011)
  • 著者名/発表者名: Sota Kagami, Yutaka Shikano Koichiro Asahi
  • 雑誌名: Physica E 巻: 43 ページ: 761-765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Closed Timelike Curves via Postselection : Theory and Experimental Test of Consistency (2011)
  • 著者名/発表者名: Seth Lloyd, Lorenzo Maccone, Raul Garcia-Patron, Vittorio Giovannetti, Yutaka Shikano, Stefano Pirandola, Lee A.Rozema, Ardavan Darabi, Yasaman Soudagar, Lynden K.Shalm, Aephraim M.Steinberg
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Survival probability in a one-dimensional quantum walk on a trapped lattice (2011)
  • 著者名/発表者名: Meltem Gonulol, Ekrem Aydiner, Yutaka Shikano, Ozgur E.Mustecaplioglu
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of Randomness and Arrow of Time in Quantum Walks (2010)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Kota Chisaki, Etsuo Segawa, Norio Konno
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of a Phase Factor in the Boundary Condition of a One-Dimensional Junction (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Furuhashi, Masao Hirokawa, Kazumitsu Nakahara, Yutaka Shikano
  • 雑誌名: Journal of Physics A : Mathematical and Theoretical 巻: 43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strange Weak Values (2010)
  • 著者名/発表者名: Akio Hosoya, Yutaka Shikano
  • 雑誌名: Journal of Physics A : Mathematical and Theoretical 巻: 43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localization and Fractality in Inhomogeneous Quantum Walks with Self-Duality (2010)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Hosho Katsura
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weak Values with Decoherence(025304) (2010)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Akio Hosoya
  • 雑誌名: Journal of Physics A : Mathematical and Theoretical 42 ページ: 1-15
  • 査読あり
• [学会発表] On Decoherence and Physical Realization of Discrete Time Quantum Walk (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: QIT25
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] On the Inhomogeneous Quantum Walk (2011)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano, Hosho Katsura
  • 学会等名: International Workshop on Theoretical Aspects of the Discrete Time Quantum Walk
  • 発表場所: IFIC(スペイン,バレンシア)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Localization in Inhomogeneous Quantum Walks with Self-Duality (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 2011年日本物理学会秋季大会(物性領域)
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Time Travel in Quantum Mechanics? (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 2011年日本物理学会秋季大会(物性領域)
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Delayed-Choice Experiment Revisited from the viewpoint of Weak Value (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 2011年日本物理学会秋季大会(物性領域)
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] On the troubles of entanglement in the cosmological setting (2011)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Shikano
  • 学会等名: AQIS 2011 Satellite Meeting "Gravity and Quantum Information"
  • 発表場所: KIAS(京都大学イスラーム地域センター)
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] Asymptotic behaviors in Discrete Time Quantum Walks (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 第66回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 新潟大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Counter-factual Phenomena in Quantum Mechanics (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: QBIC2011
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] ボルンの統計公式の再考 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: MCYR7
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館
  • 年月日: 2011-03-02
• [学会発表] Hamiltonian Evaluation by Weak Measurement Scheme (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: DMQS2011
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール
  • 年月日: 2011-02-15
• [学会発表] On the asymptotic behavior of the discrete time quantum walk (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Second Nagoya Winter Workshop on Quantum Information, Measurement, and Foundations
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2011-02-14
• [学会発表] Boundary Conditions in One-dimensional Tunneling Junction (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: nanoPHYS 2011
  • 発表場所: 国際文化会館
  • 年月日: 2011-01-26
• [学会発表] Decoherence Mechanism of the Discrete Time Quantum walk in Optical Lattice (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ERATO UCAM 2011
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール
  • 年月日: 2011-01-24
• [学会発表] Tunneling Phase and Boundary Condition in One-dimensional Schrodinger System (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ISNTT 2011
  • 発表場所: NTT Atsugi R&D Center
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] Quantum Process Tomography and Weak Measurement (2011)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ISNTT 2011
  • 発表場所: NTT Atsugi R&D Center
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] On the asymptotic behavior of discrete time quantum walk (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: First Graduate Student Congress on Quantum Information and Computation
  • 発表場所: Centre for Quantum Technologies, Singapore
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] On the Aharonov Gedankenexperiment (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: First Graduate Student Congress on Quantum Information and Computation
  • 発表場所: Centre for Quantum Technologies, Singapore
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] From Quantum to Random Walk (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Simons Conference on New Trends in Quantum Computation
  • 発表場所: Simon Center, SUNY Stony Brook, USA
  • 年月日: 2010-11-19
• [学会発表] Hyperfine Interaction Estimation of Nitrogen Vacancy Center in Diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊、田中宗
  • 学会等名: Simons Conference on New Trends in Quantum Computation
  • 発表場所: Simon Center, SUNY Stony Brook, USA
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] From Quantum to Random Walks (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Simons Conference on New Trends in Quantum Computation
  • 発表場所: Simon Center, SUNY Stony Brook, USA
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Discrete Time Quantum Walk with Incommensurate Coin (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊、桂法称
  • 学会等名: 基研研究会「量子科学における双対性とスケール」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Hyperfine Interaction Estimation of Nitrogen Vacancy Center in Diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Fall 2010 Meeting of the New England Section of APS
  • 発表場所: Brown University, USA
  • 年月日: 2010-10-30
• [学会発表] Limit Distributions of Discrete Time Quantum Walks with Environment (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: International Conference on Quantum Information and Computation
  • 発表場所: Wenner-Gren Center, Stockholm, Sweden
  • 年月日: 2010-10-07
• [学会発表] Hyperfine Interaction Hamiltonian Evaluation in Nitrogen Vacancy Center in Diamond using Weak Values (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊、各務惣太、田中宗、細谷暁夫
  • 学会等名: 10th Quantum Communication, Measurement & Computing Conference
  • 発表場所: University of Queensland, Australia
  • 年月日: 2010-07-19
• [学会発表] Limit Distributions of Discrete Time Quantum Walks with Environment (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 10th Quantum Communication, Measurement & Computing Conference
  • 発表場所: University of Queensland, Australia
  • 年月日: 2010-07-19
• [学会発表] Localization and Duality in Inhomogeneous Quantum Walk (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊、桂法称
  • 学会等名: Quantum Effects in Biological Systems 2010
  • 発表場所: Harvard University, USA
  • 年月日: 2010-06-19
• [学会発表] Weak Value Theory (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Advances in Quantum Theory
  • 発表場所: Linnaeus University, Sweden
  • 年月日: 2010-06-16
• [学会発表] Differences between Quantum Walks and Classical Random Walks in Limit Distributions (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Advances in Quantum Theory
  • 発表場所: Linnaeus University, Sweden
  • 年月日: 2010-06-15
• [学会発表] Localization and Duality in Inhomogeneous Quantum Walk (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊、桂法称
  • 学会等名: Frontiers in dynamics-From Random to Quantum walks
  • 発表場所: Breisach, Germany
  • 年月日: 2010-06-03
• [学会発表] Time in the Quantum Walk (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ISPQT 2010
  • 発表場所: 一ツ橋ホール
  • 年月日: 2010-04-08
• [学会発表] Where randomness comes from in the quantum walk? (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: APS March Meeting 2010
  • 発表場所: Portland, OR, USA
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] Time in Quantum Walk and Weak Value (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Nagoya Winter Workshop on Quantum Information, Measurement, and Foundations
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2010-02-19
• [学会発表] Probability and Stochastic Process using Weak Value (2010)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ONR Entanglement Beyond the Optical Regime
  • 発表場所: Orange Country, USA
  • 年月日: 2010-02-11
• [学会発表] Time in Quantum Walk (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: ABB 50/25
  • 発表場所: University of Bristol, UK
  • 年月日: 2009-12-15
• [学会発表] On a Quantum Walk (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: RIMS共同研究/基研研究会「量子科学における双対性とスケール」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Some Experimental Realizations to Measure Weak Values (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: Workshop on Quantum Foundations for Young Researchers-From Mathematical Physics to Experimental Physics-
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2009-07-10
• [学会発表] Weak Value with Decoherence (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: 4^<th> Feynman Festival
  • 発表場所: Olomouc, Czech Republic
  • 年月日: 2009-06-26
• [学会発表] Weak Value with Decoherence (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿野豊
  • 学会等名: QIT20
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2009-05-21
• [備考]
  • URL: http://www.geocities.jp/shikano_yutaka/
• [産業財産権] 弱測定を利用した信号の増幅装置 (2011)
  • 発明者名: 細谷暁夫、須佐友紀、鹿野豊
  • 権利者名: 東京工業大学
  • 産業財産権番号: 2011-253063
  • 出願年月日: 2011-11-18