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メゾスコピック量子導体における情報流・熱流・電流のゆらぎ

研究課題

研究課題/領域番号 17K05575
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 数理物理・物性基礎
研究機関三重大学

研究代表者

内海 裕洋  三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード物性理論 / メゾスコピック系 / 非平衡量子輸送 / 情報通信 / 量子ドット / 量子エンタングルメント
研究成果の概要

メゾスコピック2端子量子導体を対象に,情報エントロピー流揺らぎ,電流揺らぎおよび熱流揺らぎの相関を研究した.片側の電極が受け取る情報エントロピーの揺らぎの分布を計算する理論を構築し,次の成果を得た.①情報エントロピー流揺らぎと電流揺らぎの同時確率分布を計算し,電流測定をすればエンタングルメント(量子もつれ)を評価できる場合があることを示した.②量子導体を通信路として情報を伝達したとき,最大となる通信路容量を計算した.通信路容量と非平衡定常状態におけるエンタングルメント・エントロピーとの関係を示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

メゾスコピック量子系の研究は,現在まで主に単一の固体量子素子で実現される新規な量子現象について,物性物理的または非平衡統計力学的な観点を中心に行われてきた.本研究成果は,情報理論の枠組みを用いて固体量子素子における量子輸送現象を解析し,情報処理素子としての観点から研究する手がかりを与えるものである.将来的に固体量子素子による情報処理装置の研究に発展させるうえで,一つの指針となりえるという学術的意義をもつ.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Tel Aviv University/Ben Gurion University(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] カールスルーエ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Optimum capacity and full counting statistics of information content and heat quantity in the steady state2019

    • 著者名/発表者名
      Utsumi Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 11 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.115310

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Full counting statistics of information content2019

    • 著者名/発表者名
      Utsumi Yasuhiro
    • 雑誌名

      The European Physical Journal Special Topics

      巻: 227 号: 15-16 ページ: 1911-1928

    • DOI

      10.1140/epjst/e2018-800043-4

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-Current Induced Mechanical Torque in a Chiral Molecular Junction2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Sasao, Hiroki Okada, Yasuhiro Utsumi, Ora Entin-Wohlman, and Amnon Aharony
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 印刷中

    • NAID

      40021915256

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Full counting statistics of information content and particle number2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Utsumi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.085304

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the conditional average and conditional variance of dissipated energy in the driven spin-boson model2017

    • 著者名/発表者名
      Philip Wollfarth, Yasuhiro Utsumi, and Alexander Shnirman
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.064302

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Relaxation time and critical slowing down of a spin-torque oscillator2017

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Taniguchi, Takahiro Ito, Sumito Tsunegi, Hitoshi Kubota, and Yasuhiro Utsumi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.024406

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] スピントルク振動器の結合におけるスピン蓄積ダイナミクスの効果2019

    • 著者名/発表者名
      井谷大樹, 内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会2019秋季大会 2019年9月10日 日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ブラウニアン半加算器の計算時間分布2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤康親, 内海裕洋, 鈴木義茂
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会 2019年9月10日 日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Full-counting statistics of information content and the optimum capacity2019

    • 著者名/発表者名
      内海 裕洋
    • 学会等名
      FQMT19 (Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics)
    • 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] Spin current and torque in chiral molecules2019

    • 著者名/発表者名
      Amnon Aharony, Ora Entin-Wohlman, Yasuhiro Utsumi
    • 学会等名
      Chirality-induced spin selectivity and its related phenomena
    • 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] Quantum of information and its fluctuations in a conductor heat curren; Focus session “Quantum Thermodynamics and Resource Theories”2019

    • 著者名/発表者名
      内海裕洋
    • 学会等名
      APS (American Physical Society) March Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] カイラル分子における伝導電子スピンによって誘起された力学的トルク2019

    • 著者名/発表者名
      笹尾直希, 岡田大輝, 内海裕洋, Ora Entin-Wohlman, Amnon Aharony
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-current induced mechanical torque in a chiral molecular junction2018

    • 著者名/発表者名
      N. Sasao, H. Okada and Y. Utsumi
    • 学会等名
      International Symposium on Frontiers of Quantum Transport in Nano Science
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子輸送における輸送効率の揺らぎの評価2018

    • 著者名/発表者名
      岡田大輝, 内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子ドットの熱量と情報量の同時確率分布2018

    • 著者名/発表者名
      内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 情報流および熱流揺らぎの透過率依存性2017

    • 著者名/発表者名
      内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会 岩手大学(上田キャンパス)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 一本鎖DNAのスピン依存伝導の計算2017

    • 著者名/発表者名
      笹尾直希, 内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会 岩手大学(上田キャンパス)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子ドットの熱流と通信路容量の上限2017

    • 著者名/発表者名
      内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年) 東京理科大 野田キャンパス
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子輸送におけるエクセルギー効率の揺らぎ2017

    • 著者名/発表者名
      岡田大輝, 内海裕洋
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年) 東京理科大 野田キャンパス
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] The fluctuation of efficiencies of charge-spin and charge-heat conversions2017

    • 著者名/発表者名
      岡田大輝, 内海裕洋
    • 学会等名
      SpinTEC IX, Fukuoka International Congress Center
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluctuation of conversion efficiencies between charge, spin, and heat currents2017

    • 著者名/発表者名
      H. Okada
    • 学会等名
      YITP (Yukawa Institute for theoretical physics) Workshop, Quantum Thermodynamics: Thermalization and Fluctuations
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Full-counting statistics of information content2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Utsumi
    • 学会等名
      Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics (FQMT2017) (Prague, Czech Republic)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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