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ブラックホールの量子情報物理学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K05311
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関東北大学

研究代表者

堀田 昌寛  東北大学, 理学研究科, 助教 (60261541)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードブラックホール / 量子情報 / 量子もつれ / エンタングルメント / 量子情報物理学
研究成果の概要

ブラックホール蒸発過程における情報喪失問題に切り込む研究を量子情報物理学の観点が実施した。ブラックホールとホーキング輻射の間の量子もつれの時間発展は未だ解かれていない重要な問題である。蒸発後期において地平面面積に比例するベッケンシュタイン-ホーキング(BH)エントロピーとブラックホール熱力学エントロピーとエンタングルメントエントロピーの3つが一致するという仮定が有力だったが、蒸発ブラックホールと同じ熱的性質をもつ量子ビットモデルの構築に成功し、上記の3つのエントロピーは全て異なることを示した。特にBHエントロピーよりもエンタングルメントエントロピーははるかに大きな値をとることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子力学は現代社会の技術における重要な基礎を与えているが、その全体像に理解はなされていない。特に、未だ完成されていない重力や曲がった時空の量子効果を記述する量子重力理論には大きな注目が集まっている。その構築の指導原理を探す対象として、強重力を伴うブラックホールの蒸発過程は長く多くの研究者によって探求されてきた。この過程では量子力学の基礎的性質であるユニタリー性が破れる可能性があり、これまでの量子力学の定式化を大きく変更する必要がありえる。その過程においてブラックホールとホーキング輻射の量子情報物理学的研究は重要である。我々の研究成果によって今後量子力学の新しい側面がより明らかになるだろう。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 学会・シンポジウム開催 (3件)

  • [国際共同研究] University of Alberta/Wateroo University(Canada)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] California Institute of Technology/The University of Maryland(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ケンブリッジ大学/ノッティンガム大学/UCL(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] National Taiwan Normal University(台湾)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Spatially overlapped partners in quantum field theory2019

    • 著者名/発表者名
      Trevison Jose、Yamaguchi Koji、Hotta Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 52 号: 12 ページ: 125402-125402

    • DOI

      10.1088/1751-8121/ab065b

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum information capsules and information delocalization by entanglement in multiple-qubit systems2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamaguchi, N. Watamura, and M. Hotta
    • 雑誌名

      Physics Letter A

      巻: 383 号: 12 ページ: 1255-1259

    • DOI

      10.1016/j.physleta.2019.01.036

    • NAID

      130008148650

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft-Hair-Enhanced Entanglement Beyond Page Curves in a Black Hole Evaporation Qubit Model2018

    • 著者名/発表者名
      Hotta Masahiro、Nambu Yasusada、Yamaguchi Koji
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 18 ページ: 181301-1

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.181301

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pure state entanglement harvesting in quantum field theory2018

    • 著者名/発表者名
      Trevison Jose、Yamaguchi Koji、Hotta Masahiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2018 号: 10

    • DOI

      10.1093/ptep/pty109

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Soft-Hair-Enhanced Entanglement Beyond Page Curves in Black-hole Evaporation Qubit Model2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta, Yasusada Nambu, and Koji Yamaguchi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transmission and reflection of charge-density wave packets in a quantum Hall edge controlled by a metal gate2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Matsuura, Takaaki Mano, Takeshi Noda, Naokazu Shibata, Masahiro Hotta, and Go Yusa
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 112 ページ: 063104-063104

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gravitational memory charges of supertranslation and superrotation on Rindler horizons2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta, Jose Trevison, and Koji Yamaguchi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 ページ: 1-16

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Soft-hair-enhanced entanglement beyond Page curves in a black-hole evaporation qubit model2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta
    • 学会等名
      The 12th Relativistic Quantum Information Workshop, Customs House in Brisbane, Australia, February 20-February 22, 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Soft-hair-enhanced entanglement beyond Page curves in a black-hole evaporation qubit model2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta
    • 学会等名
      The Relativistic Quantum Information Workshop 2018, University of Seoul, Korea, July 16-July 20, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational Memory Charges of Supertranslation and Superrotation on Rindler Horizons2017

    • 著者名/発表者名
      山口幸司
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Entanglement Beyond Page Curves in Black-Hole Evaporation Qubit Models2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta
    • 学会等名
      Third LeCosPA International Symposium Cosmic Prospects Celebrate the 10th anniversary of the LeCosPA and Inaugurating the C.C. Leung Cosmology Hall
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リンドラー地平面に創発する重力記憶電荷とブラックホール物理2017

    • 著者名/発表者名
      堀田昌寛
    • 学会等名
      第7回 日大理工・益川塾連携 素粒子物理学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子ホールエッジにおける量子エネルギーテレポーテーションの試み2017

    • 著者名/発表者名
      松浦雅広
    • 学会等名
      秋季日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Entanglement Beyond Page Curves in Black-Hole Evaporation Qubit Models2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Yamaguchi
    • 学会等名
      Relativistic Quantum Information North 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Entanglement Beyond Page Curves in Black-hole Evaporation Qubit Model2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Yamaguchi
    • 学会等名
      春季日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Gravitational Memory Charges of Supertranslation and Superrotation on Rindler Horizons2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta
    • 学会等名
      RQI-N2016
    • 発表場所
      Institute for Quantum Computation, Waterloo, Canada
    • 年月日
      2016-06-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational Memory Charges of Supertranslation and Superrotation on Rindler Horizons2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hotta
    • 学会等名
      Quantum Matter, Spacetime and Infromation
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 量子情報と時空の物理 [第2版]2019

    • 著者名/発表者名
      堀田昌寛
    • 総ページ数
      199
    • 出版者
      サイエンス社
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Sendai Workshop on Quantum Information Physics2017

    • 発表場所
      東北大学大学院理学研究科(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Relativistic Quantum Information North 20172017

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Quantum Matter, Spacetime and Information2016

    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-21  

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