| 研究課題/領域番号 |
20K05414
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大槻 幸義 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40203848)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 量子最適制御 / 量子制御 / デコヒーレンス / 量子計算 / レーザーパルス / 最適制御 / スピン / 量子演算 / 量子ビット / コヒーレント制御 / 機械学習 / 量子最適化 / 強誘電体 / 強磁性体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超高速・超低エネルギーのメモリや量子技術の開発を目指し，強秩序物質を用いた光パルスによるコヒーレントな超高速スイッチング制御が注目されている。本研究では，応募者が開発してきた量子最適制御シミュレーションを用い「強秩序物質においてどの程度のコヒーレント制御が可能か？」に対し制御機構も含めて答える。着目するのはペロブスカイト型酸化物の強誘電体の分極反転，強磁性体の磁化反転である。これらのコヒーレント制御に有効な光パルスを数値的にフルに最適化する。相対効果に関しては，Dirac方程式の拘束条件下，およびＦＷ変換による任意の展開次数で単調収束する最適化アルゴリズム群を新たに開発する。
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| 研究成果の概要 |
量子最適制御法を拡張し，パルスエネルギー拘束条件の取り込みおよび可変な中間時刻における制御目的の指定アルゴリズムを開発した。マルコフマスター方程式の下，新たに開発した最適制御シミュレーションにより，スピン系に対するデコヒーレンスの影響を系統的に調べ，系の純粋度を高い値に保つ制御機構を純粋度トラジェクトリ図による解析により明らかにした。一方，光学フォノンの相互作用モードを分子に模して，非共鳴レーザーパルスによる複素確率振幅の量子制御機構を最適制御シミュレーションにより明らかにした。特に，分布は変えずに相対位相を保つ非自明の制御法を見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
量子最適制御法はスピン系の制御を含む量子技術の開発に重要なシミュレーションツールであり，パルスエネルギー拘束条件や可変な中間時刻目的を扱えるようにアルゴリズムを拡張・開発できた意義は大きい。本手法は任意の量子系に適用可能であることから，基礎研究のみならず実用に向けた指針としても活用できる。デコヒーレンスの影響に関しては，純粋度トラジェクトリで表す新しい視点を提供した。量子系の制御にはしばしばレーザーパルスが用いられが，。非共鳴レーザーパルスが共鳴パルスと同様に量子制御に有効であることを示すことで，今後の応用展開において光源選択の幅を大きく広げられたと考えている。
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