• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

エンタングルメント検出とトポロジー状態のキャラクタリゼーション

研究課題

研究課題/領域番号 19F19326
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

NORI FRANCO  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50415262)

研究分担者 ZHANG YU-RAN  国立研究開発法人理化学研究所, .開拓研究本部, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2021年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードmultipartite / entanglement / quantum simulation / superconducting qubits / quantum simulator / superconducting / phase transition / non-Markovian / multichannels in diamond / information backflow / Multipartite / quantum Fisher / non-Markovianity / non-Hermitian / topological phases / quantum walks / dynamical phase transitions
研究開始時の研究の概要

This proposal aims to build up a theory framework for the characterization of topological states by multipartite entanglement witnessed by QFI with respect to nonlocal generators and to design an experimental proposal for the experimental verification of our theory. We also plan to develop advanced numerical methods for identifying topological phases using multipartite entanglement in strongly interacting many-body systems, as well as to investigate the multipartite entanglement via QFI of topological states in non-Hermitian systems.

研究実績の概要

We studied several emergent phenomena in quantum many-body systems from the perspective of quantum information. We theoretically studied topological phases in perturbed toric codes using quantum Fisher information (QFI). We showed thermalization and disorder-assisted stabilization of topological order after a quantum quench. We studied the 2D toric code at finite temperatures and showed that topological order cannot survive. Using a 19-qubit superconducting (SC) circuit, we generated and characterized multi-qubit entangled states. With 10 qubits, we measured the nonlinear squeezing parameter that had never been measured before. With all 19 qubits, we observed a metrological gain of 9.89 dB over the standard quantum limit, indicating a high level of entanglement for quantum-enhanced estimation sensitivity. We employed a 1D 12-qubit SC circuit to identify regimes of strong and weak thermalization with different states. Using a ladder-type SC circuit, we simulated both the XX-ladder and XX-chain models. We signaled thermalization and information scrambling in the XX ladder, which are absent in the XX chain. We realized a deterministic one-way C-not gate and one-way X rotations on IBM’s quantum-computing platform. We used multipartite entanglement to detect dynamical phase transitions using 16 SC qubits. We demonstrated the engineering of multiple dissipative channels by controlling adjacent nuclear spins of a NV center and observed the QFI’s flows to and from the environment.

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 9件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Multipartite entanglement of the topologically ordered state in a perturbed toric code2022

    • 著者名/発表者名
      Yu-Ran Zhang, Yu Zeng, Tao Liu, Heng Fan, J. Q. You, Franco Nori
    • 雑誌名

      Physical Review Research (2022)

      巻: 03315 V1 ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of thermalization and information scrambling in a superconducting quantum processor2022

    • 著者名/発表者名
      Qingling Zhu, Zheng-Hang Sun, Ming Gong, Fusheng Chen, Yu-Ran Zhang, Yulin Wu, Yangsen Ye, Chen Zha, Shaowei Li, Shaojun Guo, Haoran Qian, He-Liang Huang, Jiale Yu, Hui Deng, Hao Rong, Jin Lin, Yu Xu, Lihua Sun, Cheng Guo, Na Li, Futian Liang, Cheng-Zhi Peng, Heng Fan, Xiaobo Zhu, and Jian-Wei Pan
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 号: 16 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.128.160502

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Metrological characterization of non-Gaussian entangled states of superconducting qubits2022

    • 著者名/発表者名
      Kai Xu, Yu-Ran Zhang, Zheng-Hang Sun, Hekang Li, Pengtao Song, Zhongcheng Xiang, Kaixuan Huang, Hao Li, Yun-Hao Shi, Chi-Tong Chen, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Franco Nori, H. Wang, Heng Fan
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 号: 15 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1103/physrevlett.128.150501

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Deterministic one-way logic gates on a cloud quantum computer2022

    • 著者名/発表者名
      Zhi-Peng Yang, Alakesh Baishya, Huan-Yu Ku, Yu-Ran Zhang, Anton Frisk Kockum, Yueh-Nan Chen, Fu-Li Li, Jaw-Shen Tsai, Franco Nori
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 105 号: 4 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1103/physreva.105.042610

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrete time crystal in a driven-dissipative Bose-Hubbard model with two-photon processes2022

    • 著者名/発表者名
      Tong Liu, Yu-Ran Zhang, Kai Xu, Jian Cui, and Heng Fan
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 105, 013710 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/physreva.105.013710

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of Strong and Weak Thermalization in a Superconducting Quantum Processor2021

    • 著者名/発表者名
      Fusheng Chen, Zheng-Hang Sun, Ming Gong, Qingling Zhu, Yu-Ran Zhang, Yulin Wu, Yangsen Ye, Chen Zha, Shaowei Li, Shaojun Guo, Haoran Qian, He-Liang Huang, Jiale Yu, Hui Deng, Hao Rong, Jin Lin, Yu Xu, Lihua Sun, Cheng Guo, Na Li, Futian Liang, Cheng-Zhi Peng, Heng Fan, Xiaobo Zhu, and Jian-Wei Pan
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 2 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.020602

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of Bloch oscillations and Wannier-Stark localization on a superconducting processor2021

    • 著者名/発表者名
      Xue-Yi Guo, Zi-Yong Ge, Hekang Li, Zhan Wang, Yu-Ran Zhang, Peangtao Song, Zhongcheng Xiang, Xiaohui Song, Yirong Jin, Kai Xu, Dongning Zheng, and Heng Fan
    • 雑誌名

      npj Quantum Information

      巻: 7, Article number: 51 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/s41534-021-00385-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Probing the dynamical phase transition with a superconducting quantum simulator,2020

    • 著者名/発表者名
      Kai Xu, Zheng-Hang Sun, Wuxin Liu, Yu-Ran Zhang, Hekang Li, Hang Dong, Wenhui Ren, Pengfei Zhang, Franco Nori, Dongning Zheng, Heng Fan, and H. Wang
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: Vol. 6, no. 25 号: 17 ページ: 9717-9726

    • DOI

      10.1039/d0nr01765e

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observing information backflow from controllable non-Markovian multichannels in diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Ya-Nan Lu, Yu-Ran Zhang, Gang-Qin Liu, Franco Nori, Heng Fan, and Xin-Yu Pan
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: Lett. 124, Iss.21 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.210502

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantifying quantum non-Markovianity based on quantum coherence via skew information2019

    • 著者名/発表者名
      Shao Lian-He、Zhang Yu-Ran、Luo Yu、Xi Zhengjun、Fei Shao-Ming
    • 雑誌名

      Laser Physics Letters

      巻: 17 号: 1 ページ: 015202-015202

    • DOI

      10.1088/1612-202x/ab5fe3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Observing nonlinear spin squeezing and entanglement of non-Gaussian states with interconnected superconducting qubits2021

    • 著者名/発表者名
      Yu-Ran Zhang
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observing nonlinear spin squeezing and entanglement of non-Gaussian states with interconnected superconducting qubits2021

    • 著者名/発表者名
      Ya-Nan Lu, Yu-Ran Zhang, Gang-Qin Liu, Franco Nori, Heng Fan, and Xin-Yu Pan
    • 学会等名
      APS March meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2019-11-29   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi