| 研究課題/領域番号 |
19K23433
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0202:物性物理学、プラズマ学、原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
関 和弘 国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 研究員 (40708533)
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| 研究期間 (年度) |
2019-08-30 – 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 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 強相関電子系 / 量子多体系 / 量子計算 / 補助場量子モンテカルロ / 電子格子相互作用 / 量子エンタングルメント / 有限温度物性 / block拡張有限温度Lanczos法 / リング交換相互作用 / 物性物理学 / 計算物理学 / 理論物理学 / モット絶縁体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ある物質が金属か絶縁体か等の性質はバンド理論により説明できることが多い。一方で、バンド理論では金属であることが予測されるが実際は絶縁体であるという、バンド理論では物性を説明できない物質もあり、銅酸化物高温超伝導体の母物質や分子性結晶はそのような物質と考えられる。これらの物質では電子密度や温度等に応じて電子状態が（絶縁体・超伝導・金属の間を）著しく移り変る特徴があり、この特徴は、その物性の記述には多体効果が欠かせないことを示唆する。本研究は、銅酸化物で観測される超伝導転移温度以上の温度でも状態密度にギャップが開くように見える現象に着目し、多体効果を取り入れたモデル計算を用いてこの現象を調べる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では量子多体問題であるドープされたMott絶縁体の基底状態や有限温度における一粒子励起を調べることを目的とした。将来的にこのような量子多体問題の難問を解く潜在能力を期待して、量子計算の量子多体問題への応用を模索していたところ、予期してたよりも量子計算が興味深いことを認識し、この方向への研究をさらに進めた。研究期間全体を通じて、強相関電子系の典型的な模型であるHubbard模型やHeisenberg模型について、その基底状態を変分量子計算で近似的に準備する方法である変分量子固有値解法は変分counterdiabatic駆動法の応用、および冪乗法の考えに基づく部分空間対角化法の提案を行い、古典計算機を用いたシミュレーションによって近似的な基底状態を得るための変分波動関数の構成方法や、変分波動関数が変分パラメータの更新等によって基底状態への収束する振る舞いを調べた。また、量子多体系の統計力学的扱いを可能にする量子古典ハイブリッド計算法の提案も行った。本提案手法はミクロカノニカル集団を念頭においた計算手法であるが、温度はエントロピーのエネルギーに関する微分で与えられるため、量子多体系の有限温度の性質を議論することもできる。また原理的にはラプラス変換によりミクロカノニカルの状態密度からカノニカルの分配関数を計算できるので、その意味でも量子多体系の有限温度の性質を議論するための量子古典ハイブリッド計算手法と見ることもできる。最終年度は特に、提案したミクロカノニカル量子計算法を量子コンピュータ実機を用いて実施しデータを収集した。
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