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非エルミート・トポロジカル相におけるバルクエッジ対応とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K03788
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13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関東京大学 (2022-2023)
広島大学 (2020-2021)

研究代表者

井村 健一郎  東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (90391870)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード非エルミート量子力学 / 羽田野ネルソン模型 / 量子もつれ / エンタングメント・エントロピー / 開放量子系 / 非エルミート量子系 / 羽田野-ネルソン模型 / 量子もつれのダイナミクス / エンタングルメント・エントロピー / 共形場理論 / 非エルミート系 / バルクエッジ対応 / 多体局在 / 量子エンタングルメント / トポロジカル絶縁体 / トポロジカル
研究開始時の研究の概要

最近、再注目されている非エルミート系の量子力学に、トポロジカルという要素を加味し、特にバルク・エッジ対応という観点から、この系に特有の新しい物理を模索する。非エルミートな量子力学系は境界条件にとても敏感であるため、エルミート系とは違う境界条件の取り扱いが求められる。エネルギーバンドやトポロジカル絶縁体といったエルミート系の諸概念が、非エルミート量子力学にどのように一般化されるか、精査することを通して、エルミート系にはなかった非エルミート系特有の新しい物理を模索する。

研究実績の概要

非エルミート量子力学系では固有状態の性質が通常のエルミート系の場合と大きく異なることが盛んに議論されているが、波束のダイナミクスもまたエルミート系と場合と定性的に異なる。羽田野-ネルソン模型[1]のような非対称ホッピングの非エルミート系では清浄極限では量子干渉が抑えられて古典的な拡散現象が見られ、不純物強度の増加と共に量子干渉が回復する。私たちは最近の研究[2-3]([3]は本年度業績)で、多体効果も取り入れて、量子もつれのダイナミクスを調べました。量子もつれの定量的な扱いには、量子もつれ/エンタングルメント・エントロピーEEを使うが、これは量子情報分野では標準的な概念。論文[2,3]では、多体効果も取り入れて、量子もつれのダイナミクスを調べ、非エルミート性による波動関数の収縮(重ね合わせの消失)により、EEが時間的に非単調なふるまいをすることを議論した。特に、長時間領域におけるEEの漸近的な振る舞いは興味深く、(エルミートな系の)共形場理論[4]で知られているのと同じ特徴的な対数的サイズ依存性を示すことを論文[3]で明らかにした。昨年12月に出版された折戸隆寛氏(東京大学物性研究所)との共著論文[3]は、#PRBTopDownloadに選ばれた。
[1] N. Hatano, D.R. Nelson, Phys. Rev. Lett., 77, 570 (1996).
[2] Takahiro Orito, Ken-Ichiro Imura, Phys. Rev. B 105, 024303 (2022).
[3] Takahiro Orito, Ken-Ichiro Imura, Phys. Rev. B 108, 214308 (2023).
[4] P. Calabrese and J. Cardy, J. Stat. Mech. 2004, P06002 (2004).

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

理論研究として、当初の計画に照らし、(誤差の範囲内で)概ね順調に推移しているという意味で(2)を選択した。当初予定した非エルミート量子系のトポロジカルな性質、とりわけ、バルクエッジ対応という観点を進化させていくという方針から現在の研究状況は少しずれてきているが、現在最も注力している非エルミート系における多体量子ダイナミクスの数値的研究、とりわけ量子もつれのダイナミクスの研究に注力した。長時間領域で、エンタングルメント・エントロピーが(エルミートな系の)共形場理論で知られているのと同じ特徴的な対数的サイズ依存性を示すことを発見したことについては、ややセレンディピティ的なものだったと言えるかもしれない。

今後の研究の推進方策

現在最も注力している非エルミート系における多体量子ダイナミクスの数値的研究、とりわけ量子もつれのダイナミクスの研究を深化させる。今回発見した共形場理論の結果とのアナロジーについてもより詳細に、より基本的なところから検討を加え、より原理的な理解を目指す。非エルミート系における多体量子ダイナミクスの研究を通して、環境と結合した多体量子系を記述する非エルミート量子多体系の性質を精査することで、非エルミート量子多体物理学分野の確立に貢献する。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Victoria University of Wellington(ニュージーランド)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Aix Marseille Univ., CPT-CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Probability Conservation and Localization in a One-Dimensional Non-Hermitian System2023

    • 著者名/発表者名
      Takane Yositake, Kobayashi Shion, Imura Ken-Ichiro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 10 ページ: 104705-104705

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.104705

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entanglement dynamics in the many-body Hatano-Nelson model2023

    • 著者名/発表者名
      Orito Takahiro、Imura Ken-Ichiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 21 ページ: 214308-214308

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.214308

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal of multidimensional quantum walks to explore Dirac and Schrdinger systems2023

    • 著者名/発表者名
      Manami Yamagishi, Naomichi Hatano, Ken-Ichiro Imura, Hideaki Obuse
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 107 号: 4 ページ: 042206-042206

    • DOI

      10.1103/physreva.107.042206

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unusual wave-packet spreading and entanglement dynamics in non-Hermitian disordered many-body systems2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Orito, Ken-Ichiro Imura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 105 号: 2 ページ: 024303-024303

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.024303

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multifractality and Fock-space localization in many-body localized states: One-particle density matrix perspective2021

    • 著者名/発表者名
      Orito Takahiro、Imura Ken-Ichiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 21 ページ: 214206-214206

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.214206

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Hermitian Fabry-Perot Resonances in a PT-symmetric system2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shobe, K. Kuramoto, K.-I. Imura, N. Hatano
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 3 号: 1 ページ: 013223-013223

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013223

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Finite-size effects in cylindrical topological insulators2020

    • 著者名/発表者名
      M. Governale, B. Bhandari, F. Taddei, K.-I. Imura, Ulrich Zuelicke
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 22 号: 6 ページ: 063042-063042

    • DOI

      10.1088/1367-2630/ab90d3

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Theory of non-equilibrium noise in general multi-terminal superconducting hydrid devices: Application to multiple Cooper pair resonances2020

    • 著者名/発表者名
      R. Jacquet, A. Popoff, K.-I. Imura, J. Rech, T. Jonckheere, L. Raymond and T. Martin
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 102 号: 6 ページ: 064510-064510

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.064510

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized Bloch band theory for non-Hermitian bulk-boundary correspondence2020

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura, Yositake Takane
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Exp. Phys.

      巻: 2020 号: 12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa100

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 乱れた非エルミート量子系におけるエンタングルメントと粒子数揺らぎのダイナミクス2024

    • 著者名/発表者名
      折戸隆寛, 井村健一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2024 年春季大会(オンライン開催),領域 11, 18pD1-9, 2024年3月18-21日
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Entanglement dynamics in the many-body Hatano-Nelson model (August 16, 12:10-12:30)2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      Non-Hermitian Topology: from Classical Optics to Quantum Matter (nhtop23); August 14-18, 2023, Max Plank Institute for the Physics of Complex Systems (MPIPKS), Dresden, Germany
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Entanglement dynamics in the many-body Hatano-Nelson model [T8b-11C-05]2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura, Takahiro Orito
    • 学会等名
      STATPHYS28: The 28th IUPAP International Conference on Statistical Physics, August 7th-11th, 2023, The Univeristy of Tokyo, Hongo
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] From topological matter to non-Hermitian quantum mechanics (Monday 30 October 2023, 12:00pm)2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      ICN2 seminar at Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology; c/o Prof. Stephan Roche (Theoretical and Computational Nanoscience Group).
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Entanglement dynamics in a non-Hermitian quantum system (Hybrid: onsite seminar + zoom, Date/Time : 02/05/2023 - 11:00 - 12:00)2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      Seminaire du LPTMS, Laboratoire de Physique Theorique et Modeles Statistiques (Bat. 530), Univ. Paris-Saclay, 91405 Orsay, France
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Entanglement dynamics in a non-Hermitian quantum system2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      APS March Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2次元量子ウォークの提案:有効Diracハミルトニアンと(高次)トポロジカル相2023

    • 著者名/発表者名
      山岸愛, 羽田野直道, 井村健一郎, 小布施秀明
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Bulk-edge correspondence in non-Hermitian systems & physics sensitive vs. insensitive to the boundary condition2022

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      Non-Hermitian Quantum Mechanics 2022 (NH2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Localization, topology and entanglement in disordered non-Hermitian systems: one- vs. many-body cases2022

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      Localization 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wave-packet and entanglement dynamics in a non-Hermitian quantum system2022

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      International Workshop on Physics and Chemistry of Electronic Materials (PCEM)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非エルミート量子多体系の非平衡ダイナミクスに対する乱れの効果2022

    • 著者名/発表者名
      折戸隆寛, 井村健一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 非エルミート量子多体系の非平衡ダイナミクスに対する乱れの効果/Nonequilibrium dynamics in a disordered non-Hermitian many-body system2022

    • 著者名/発表者名
      折戸隆寛, 井村健一郎
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会;岡山大学/オンライン開催(領域11, 2022年3月15-19日)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Unusual diffusion and entanglement dynamics in disordered non-Hermitian systems2021

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichiro Imura
    • 学会等名
      Ergodicity Breaking and Anomalous Transport in Quantum Many-Body Systems (qutran21) [Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, Dresden, Germany, 04-08 October (2021)]
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 一粒子密度行列を用いた多体局在相の特徴づけ/Characterization of many-body localization phase via one-particle density-matrix approach2021

    • 著者名/発表者名
      折戸隆寛, 井村健一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会;オンライン開催(領域11, 2021年9月20-23日)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] PT対称な系における非エルミート版ファブリー・ペロー共鳴2021

    • 著者名/発表者名
      生部賢,倉本啓一,井村健一郎,羽田野直道
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会:領域4, 12pD2-4(2021年3月12-15日)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] 非エルミート量子力学2023

    • 著者名/発表者名
      羽田野直道,井村健一郎
    • 総ページ数
      223
    • 出版者
      講談社サイエンティフィク
    • ISBN
      9784065322444
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 井村 健一郎のホームページ/Ken Imura's website

    • URL

      http://hatano-lab.iis.u-tokyo.ac.jp/imura/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] Ken Imura's web site

    • URL

      https://home.hiroshima-u.ac.jp/imura/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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