| 研究課題/領域番号 |
19K14610
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 (2020-2021, 2023)
京都大学 (2019) |
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研究代表者 |
田島 裕康 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (60757897)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 量子情報理論 / 保存則 / リソース理論 / 量子測定 / 量子計算 / 対称性 / コヒーレンス / 量子操作 / 熱力学 / 誤り訂正 / 測定理論 / 量子熱機関 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リソース理論は量子情報理論における最重要理論の一つであるエンタングルメントの理論を拡張した理論体系である。
このリソース理論で最近着目されているのが Resource theory of asymmetryと呼ばれる理論分野である。この分野では「保存則を満たす操作」と「リソースとして『消費』できる状態」の組み合わせによって、「保存則を破る操作」をどの程度実装できるかを考える。本研究計画では、申請者らの最近の結果（Tajima et.al. PRL 2018）を発展させ、「実装される操作による保存則の破れの度合い」と「必要なリソースの量」の間に普遍的に成立するトレードオフを導く理論を構築する。
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| 研究成果の概要 |
量子計算や量子測定をはじめとする量子情報処理、物理において最も基礎的な法則の一つである保存則からどのような制限がもたらされるかを一般的に調べました。予想を超えた発展が得られ、量子情報処理一般に適用できる、対称性・非可逆性・量子性の間の普遍的な制限が発見されました。この制限は、量子情報処理だけではなく、量子エンジンやブラックホール物理にも応用が可能です。さらに、この制限を導く際に用いた基礎理論である非対称性のリソース理論と呼ばれる理論を大きく拡張し、non-iid変換と呼ばれる問題を、純粋状態かつU(1)対称性（＝保存則が一つの場合に対応）の場合に完全に解決しました。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
物理において最も基礎的な法則の一つである保存則からどのような制限がもたらされるかを一般的に調べ、一般のダイナミクスに適用できる対称性・非可逆性・量子性の間の普遍的な制限を発見しました。我々の結果は、現実的な設定で量子計算や量子測定をはじめとする量子情報処理にどのような制限がかかるかを明らかにします。このため、こうした量子情報処理を実際に実現していく際に有用な指針をもたらせると期待できる他、量子エンジンやブラックホール物理に対しても新たな物理を解明できることが期待できます。さらに、この制限の基礎にある非対称性のリソース理論と呼ばれる理論についても、幾つかの基礎的な問題を解決しました。
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