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光格子冷却原子系における量子シミュレーションの理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 17J00486
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 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関京都大学

研究代表者

久野 義人  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード光格子冷却原子系 / トポロジカル絶縁体 / 格子ゲージ理論 / 量子シミュレーション / トポロジカル量子物性 / 動的量子相転移
研究実績の概要

2019年度において、(I) 光格子冷却原子系における(2+1)次元U(1)格子ゲージヒッグス理論の量子シミュレーションの研究、(II) 光格子冷却原子系おけるCreutzラダーモデル等における多体局在現象の探求、(III) トポロジカルサウレスポンプを次元縮小としてもつ2次元チャーン絶縁体における分純物効果、
について研究を同時に遂行した.
(I)の研究に関して、これまでの先行研究において主に、弱い相互作用が支配的なヒッグス相領域の数値計算を行っていたが今年度の研究では強い相互作用領域に適応可能な時間発展グッツウィラー変分法を用いた数値的解析を行い、冷却原子系を想定した電束の破れの振る舞いを調べた. これまでの先行研究に比べより広いパラメータ領域での電束の時間発展を調べた.
(II)の研究に関して、昨年、光格子冷却原子系にて実装を実現したCreutzラダーモデルをターゲットに研究を始めた. 特に、今年度はこの系おけるフラットバンド誘起の多体局在現象に焦点を絞り研究を行った. 厳密対角化法を用いたエネルギースペクトルの解析とダイナミクス数値計算を行うことにより、相互作用をもつCreutzラダーモデルの多体局在的傾向を定量的に評価した. フラットバンド起因で多体局在現象存在し、ダイナミクスにおいてエルゴード性の破れが現れることが明らかになった.
(III)の研究に関して、昨年度に引き続き所属研究室において進められているトポロジカルサウレスポンプの実験系に関連した理論研究を遂行した. 今年度はそのトポロジカルサウレスポンプの次元拡大版である2次元チャーン絶縁体をターゲットにそこに不純物を加えた時、チャーン絶縁体相がどのように変化するのかを調べ、不純物誘起のチャーン絶縁体相を発現を確認した.
(I),(II),(III)のそれぞれの研究の成果を査読付き論文として出版した.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 14件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Flat-band many-body localization and ergodicity breaking in the Creutz ladder2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno, Takahiro Orito, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 22 号: 1 ページ: 013032-013032

    • DOI

      10.1088/1367-2630/ab6352

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glassy Dynamics from Quark Confinement: Atomic Quantum Simulation of Gauge-Higgs Model on Lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Jonghoon Park, Yoshihito Kuno, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 100 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreva.100.013629

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-adiabatic extension of the Zak phase and charge pumping in the Rice-Mele model2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 雑誌名

      European Physical Journal B

      巻: 92 号: 9

    • DOI

      10.1140/epjb/e2019-100131-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Disorder-induced Chern insulator in Harper-Hofstadter-Hatsugai model2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.054108

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Many-body-localization induced protection of symmetry-protected topological order in a XXZ spin model2019

    • 著者名/発表者名
      Kuno Yoshihito
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.1.032026

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topological order vs. many-body localization in periodically modulated spin chains2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Orito, Yoshihito Kuno, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.214202

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase structure of the interacting Su-Schrieffer-Heeger model and the relationship with the Gross-Neveu model on lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Kuno Yoshihito
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.064105

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generalized lattice Wilson-Dirac fermions in (1+1) dimensions for atomic quantum simulation and topological phases2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno, Ikuo Ichinose and Yoshiro Takahashi
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 8 号: 1 ページ: 10699-10699

    • DOI

      10.1038/s41598-018-29143-w

    • NAID

      120006517785

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamics of first-order quantum phase transitions in extended Bose-Hubbard model: from density wave to superfluid and vice versa2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Keita、Hirano Takahiro、Park Jonghoon、Kuno Yoshihito、Ichinose Ikuo
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 20 号: 8 ページ: 083006-083006

    • DOI

      10.1088/1367-2630/aad5f9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Out-of-equilibrium dynamics of multiple second-order quantum phase transitions in an extended Bose-Hubbard model: Superfluid, supersolid, and density wave2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Keita、Hirano Takahiro、Park Jonghoon、Kuno Yoshihito、Ichinose Ikuo
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 98 号: 6

    • DOI

      10.1103/physreva.98.063603

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of a quantum phase transition in the Bose-Hubbard model: Kibble-Zurek mechanism and beyond2018

    • 著者名/発表者名
      Keita Shimizu, Yoshihito Kuno, Takahiro Hirano, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 97 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.97.033626

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase diagrams of the extended Bose-Hubbard model in one dimension by Monte-Carlo simulation with the help of a stochastic-series expansion2017

    • 著者名/発表者名
      Keima Kawaki, Yoshihito Kuno, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 19

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.195101

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum simulation of (1+1)-dimensional U(1) gauge-Higgs model on a lattice by cold Bose gases2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno, Shinya Sakane, Kenichi Kasamatsu, Ikuo Ichinose, Tetsuo Matsui
    • 雑誌名

      Physical Review

      巻: D95 号: 9 ページ: 094507-094507

    • DOI

      10.1103/physrevd.95.094507

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Various Topological Mott insulators in strongly-interacting boson system in one-dimensional superlattice2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno, Keita Shimizu, Ikuo Ichinose
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 19 号: 12 ページ: 123025-123025

    • DOI

      10.1088/1367-2630/aa99d0

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 1次元量子スピン系における多体局在による励起状態でのトポロジカル相の保護2020

    • 著者名/発表者名
      久野義人
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 乱れにより誘起されるサウレス量子ポンプ2020

    • 著者名/発表者名
      中島秀太, 武井宣幸, 佐久間啓太, 久野義人, 高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 散逸フェルミハバードモデルにおける負温度量子磁性の実現2020

    • 著者名/発表者名
      高須洋介, 西澤直樹, 田家慎太郎, 久野義人, 高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] プラケット型光格子におけるSU(4)一重項の実現2020

    • 著者名/発表者名
      西澤直樹, 田家慎太郎, 高須洋介, 久野義人, 高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 異なる局在メカニズムがもたらす量子多体局在現象のクロスオーバー2020

    • 著者名/発表者名
      折戸隆寛, 久野義人, 一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Topological Flat-Band Creutz Ladder: Many-Body Aharanov-Bohm Caging, Extended Flat-Band and Entanglement2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      International workshop ”Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts” BE/BC2020F
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Flat-band many-body localization and dynamics in the Creutz ladder2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      The Fourth Kyoto-Beijing-Tokyo Workshop on Ultracold Atomic Gases,Yukawa Institute for Theoretical Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Many-body localization in the at-band Creutz ladder2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      Workshop on 'Dynamics and interactions in quantum gases', Menorca
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of the Interacting Su-Schrieffer-Heeger Model in Optical Lattices: The Relationship with the Gross-Neveu Model on Lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      IAS Workshop on Quantum Simulation of Novel Phenomena with Ultracold Atoms, Hong-Kong
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Creutz ladderモデルにおけるフラットバンド多体局在現象2019

    • 著者名/発表者名
      久野義人, 折戸隆寛, 一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 冷却原子系を想定した相互作用するSu-Schrieffer-Heegerモデルの研究:格子上Gross-Neveuモデルの関係性とAoki相2019

    • 著者名/発表者名
      久野義人
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Atomic quantum simulator of generalized lattice Wilson-Dirac fermions in (1+1) dimensions2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kuno, I. Ichinose, Y. Takahashi
    • 学会等名
      26th International Conference on Atomic Physics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光格子冷却原子系におけるDirac fermion量子シミュレータの構築法とそのトポロジカル物性2018

    • 著者名/発表者名
      久野義人
    • 学会等名
      理研シンポジウム・iTHEMS研究会 「熱場の量子論とその応用」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Study of the interacting Su-Schrieffer-Heeger model in cold atoms in optical lattices and the relationship with the Gross-Neveu model on lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      International workshop "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases:From solid state physics to transdisciplinary concepts"
    • 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] Quantum simulator of a generalized Wilson-Dirac model in a one-dimensional optical lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases, BEC2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Quantum Phase transition and Kibble-Zurek mechanism in two dimensional Bose-Hubbard model2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      Fundamental Physics Using Atoms (FPUA)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 1次元光格子おける拡張Wilson-Diracモデルの量子シミュレータの構築法とそのトポロジカル相2018

    • 著者名/発表者名
      久野義人、一瀬郁夫、高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Simulation of (1+1)D U(1) lattice gauge-Higgs model by using cold atoms in one-dimensional optical lattice2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Kuno
    • 学会等名
      3rd International Conference on Theoretical and Condensed Matter Physics 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 1次元光超格子中Bose粒子系に現れる相互作用に起因するトポロジカルモット相2017

    • 著者名/発表者名
      久野義人、清水啓太、一瀬郁夫
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical Quantum Phase transition in two dimensional Bose-Hubbard model: Estimation of the Kibble-Zurek mechanism2017

    • 著者名/発表者名
      久野義人、清水啓太、高橋義朗、一瀬郁夫
    • 学会等名
      CREST 「量子状態の高度な制御に基づく革新的技術盤創出」 第2回 公開 シンポジウ ム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] my homepage

    • URL

      https://kuno421yk.wixsite.com/mysiteyk

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Yoshihito Kuno homepage

    • URL

      http://kuno421yk.wixsite.com/mysiteyk/blank

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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