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量子相互作用と数論・表現論・離散力学系

研究課題

研究課題/領域番号 20K03560
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分11010:代数学関連
研究機関日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所 (2021-2022)
東京理科大学 (2020)

研究代表者

若山 正人  日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所, メディア情報研究部, 数学研究プリンシパル (40201149)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022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)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード非可換調和振動子 / 量子ラビモデル / 保型形式 / 熱核 / 無限対称群 / スペクトルゼータ関数 / 特殊値 / 楕円曲線 / 超楕円曲線 / Eichler形式 / 数論 / 量子ラビ模型 / 表現論 / アペリ数 / スペクトルゼータ / 量子光学 / 非対称量子ラビ模型 / アペリ数類似
研究開始時の研究の概要

非可換調和振動子と量子ラビモデルのスペクトルゼータ関数の特殊値の解析から現れる数論的対象(アペリ類似性の合同性、概保型形式、関連するコホモロジー)の研究を行う。これらにより進む量子相互作用に関する数論的・表現論的理解と、離散力学系・グラフ理論からのアイデアを駆使し、どうして、このような量子相互作用の背景に豊かな数論が展開されていくのかを追求する。また、それらの熱核から得られる分配関数の研究を通じて、量子相互モデルと数論との興味ある関係を発見していく。

研究成果の概要

本課題の量子相互作用として、非可換調和振動子(NCHO)、量子ラビ模型(QRM)、非対称量子ラビ模型(AQRM)を扱った。なお各々の Hein ODE描像に着目すると、特異点の合流によりNCHO は QRM の被覆と見做せる。成果は、① NCHOのスペクトルゼータ関数の特殊値の数論研究(保型形式、楕円曲線族、Eichler形式の一般化とそのコホモロジー、アペリ数類似)。② AQRMの縮退の記述と隠れた対称性の研究及び両者を結ぶ予想の提出。③ QRMの熱核・分配関数の、無限対称群の表現論・関数解析・有限体 F_2上の SL_2の責の oscillator 表現、グラフ理論を用いた導出、となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子光学や固体物理において光と物質の最も基本的な相互作用を記述するモデルであり、超伝導を用いた qubit を作る実験結果を予測していた量子ラビ模型及び非対称ラビ模型は、量子情報科学において量子計算機作りにも深く関係しているが、その背後にある数論や表現論・幾何学的構造を(一部分ではあるが)具体的に見出す研究を行った。これは、物理と数学を結びつける一つの意義深い成果であるとともに、ここでの数学解析が、量子情報科学の発展に幾許かの寄与がなされる点で、学術的意義は大きい。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Augsburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Heat kernel for the quantum Rabi model2022

    • 著者名/発表者名
      Reyes-Bustos Cid、Wakayama Masato
    • 雑誌名

      Advances in Theoretical and Mathematical Physics

      巻: 26 号: 5 ページ: 1347-1447

    • DOI

      10.4310/atmp.2022.v26.n5.a8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degeneracy and hidden symmetry -an asymmetric quantum Rabi model with an integer bias2022

    • 著者名/発表者名
      C. Reyes-Bustos and M. Wakayama
    • 雑誌名

      Communications in Number Theory and Physics

      巻: 16 号: 3 ページ: 615-672

    • DOI

      10.4310/cntp.2022.v16.n3.a4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Apery-like numbers for non-commutative harmonic oscillators and automorphic integrals2022

    • 著者名/発表者名
      Kazufumi Kimoto, Masato Wakayama
    • 雑誌名

      Annals de l’Institut Henri Poincare; - D, (Accepted 2020)

      巻: 2020受理

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heat kernel for the quantum Rabi model: II. Propagators and spectral determinants2021

    • 著者名/発表者名
      Cid Reyes-Bustos and Masato Wakayama
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 54-11 号: 11 ページ: 115202-115233

    • DOI

      10.1088/1751-8121/abdca7

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Remarks on the hidden symmetry of the asymmetric quantum Rabi model2021

    • 著者名/発表者名
      Cid Reyes-Bustos, Daniel Braak and Masato Wakayama
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 54-28 号: 28 ページ: 285202-285216

    • DOI

      10.1088/1751-8121/ac0508

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 光とゼータ関数の特殊値 (Photons and special values of zeta functions)2021

    • 著者名/発表者名
      若山正人
    • 雑誌名

      日本数学会 数学通信

      巻: No.25 ページ: 24-25

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Heat kernel for the quantum Rabi model: II. Propagators and spectral determinants2021

    • 著者名/発表者名
      Cid Reyes-Bustos,Masato Wakayama
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: - ページ: 1-51

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Apery-like numbers for non-commutative harmonic oscillators and automorphic integrals2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kimoto and M. Wakayama
    • 雑誌名

      Annals de l’Institut Henri Poincare - D

      巻: - 号: 2 ページ: 1-53

    • DOI

      10.4171/aihpd/129

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Determinant expressions of constraint polynomials and the spectrum of the asymmetric quantum Rabi model2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kimoto, C. Reyes-Bustos and M. Wakayama
    • 雑誌名

      International Mathematics Research Notices (in PRINTING, 87 pages)

      巻: - 号: 12 ページ: 9458-9544

    • DOI

      10.1093/imrn/rnaa034

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Geometric and algebraic problems on quantum interaction models2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      Geometry Seminar, Department of Mathematics, Radboud University Nijmegen
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Heat Kernels of Quantum Interaction Models for Quantum Computers2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      SIAM Computational Science and Engineering 2023, Part of MS302 Mathematics for Industry in the Asia Pacific Area
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Algebra and geometry for quantum interaction models2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      Colloquium, Department of Mathematics, University of Tubingen
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Geometric and algebraic problems on quantum interaction models2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      RIMS Kyoto University (Workshop on “Fields theory and related Topics”)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Covering of asymmetric quantum Rabi models and possible zeta problems2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      Symposium “Rabi and Spin Boson models” Kyushu University, Fukuoka
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Interaction and Number Theory, Representation Theory - modular forms a bit beyond, infinite symmetric group, Fuchsian ODE2022

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      French-Japan Web-Seminar on Painleve; equations and related topics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Interaction Models and Number Theory, Representation Theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      Colloquium, Department of Mathematics, University of Bologna
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interaction Models in Quantum Optics, Representation Theory and Number Theory2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Wakayama
    • 学会等名
      理化学研究所  iTHEMS コロキウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 若山正人ウェブサイト(東京理科大学)

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/ridai/doc/ji/RIJIA01Detail.php?act=nam&kin=ken&diu=72bb

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 若山正人ウェブサイト(九州大学)

    • URL

      https://imi.kyushu-u.ac.jp/~wakayama/eindex.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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