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ユニタリ作用素に対するスペクトル理論の研究と散乱理論への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K14327
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分12010:基礎解析学関連
研究機関愛媛大学

研究代表者

森岡 悠  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (80726597)

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
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード関数解析学 / 散乱理論 / 関数方程式論 / スペクトル理論 / 量子ウォーク / 共鳴極
研究開始時の研究の概要

波動伝播現象に対する散乱理論では, 遠くからの入射波に対し, 物理系が持つ何らかの摂動(例えば原子や分子の間に働く力や, 障害物など)が作用して散乱波を生じる様子を数学的に調べる. 本研究では, 散乱理論を数学的に記述する重要な対象として, ユニタリ作用素のスペクトル理論に注目する. 散乱波の中には, 散乱行列と呼ばれるユニタリ作用素が含まれる. また, 最近散乱理論の対象として注目される量子ウォークのモデルは, ユニタリ作用素を用いて記述される. ユニタリ作用素のスペクトルにより, 散乱理論の諸現象をより詳しく調べる.

研究実績の概要

量子力学に関連する数理モデル、特にシュレーディンガー方程式と量子ウォークに対する時間定常的な散乱理論では、要所にユニタリ作用素が現れる。散乱波に含まれる散乱行列は、あるコンパクト多様体上のヒルベルト空間におけるユニタリ作用素である。離散時間量子ウォークの時間発展作用素は、シフト作用ととコイン作用素からなるユニタリ作用素で記述される。いずれの場合も、散乱理論の立場から、ユニタリ作用素のスペクトルの構造を明らかにすることを目的として研究を進める。今年度は、量子ウォークの研究に関して以下の成果を得た。
(1) 前年度に得られた量子ウォークの共鳴極に関する結果は、流出入を伴う有限系での量子ウォークと事実上等価である。このモデルは、流出入のため時間発展作用素が非ユニタリとなり、その固有値は単位円周から外れて分布するため、量子ウォークの時間発展も複雑となる。その収束速度や極限分布は固有値に影響を受けるが、この分布は、1次元量子ウォークに対する共鳴極の分布を見ることに対応している。
(2) 今年度は、これまで得られた結果の対外的な発表に特に力を入れた。3件の国際会議を含む口頭発表を実施した。また、主に量子ウォークに関する共鳴極の結果を査読付き論文として国際誌に掲載することが決まった。

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

量子ウォークのスペクトル・散乱理論と関連する話題に関しては、研究遂行の流れの中で共同研究となったものを含めて、予想以上の知見を得ることができた。特に、量子ウォークに関する固有値問題の枠組みの延長として、共鳴極の研究への展開において大きな収穫があった。シュレーディンガー方程式の非散乱エネルギーの研究に関しては、準古典解析の手法と共鳴極に関する研究と深く関わることを理解しつつある。この方面は膨大な研究の蓄積があり、情報収集に時間を要する状況であったのだが、前述の量子ウォークの研究において、偶然にも類似の状況に遭遇しており、この研究を通じて準古典解析に対する基本的な理解を深めつつあるところである。これらは現在のところ論文としてはまとまっていないが、令和6年度に大学院向けの集中講義を計画しており、ここで活用される予定である。

今後の研究の推進方策

令和5年度は当初の研究計画の最終年度であったが、研究成果の公表を継続するため、令和6年度に計画の一部を延長した。令和6年度は、本計画の総まとめとして対外的な成果発表を行う。

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

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 3件、 招待講演 7件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] 逆散乱問題から見る波の散乱理論と固有値問題2024

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 雑誌名

      応用数理

      巻: 34 ページ: 5-15

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Complex translation methods and its application to resonances for quantum walks2024

    • 著者名/発表者名
      Kenta Higuchi, Hisashi Morioka
    • 雑誌名

      Reviews in Mathematical Physics

      巻: 受理・掲載決定 号: 07 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1142/s0129055x24500181

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resonance expansion for quantum walks and its applications to the long-time behavior2024

    • 著者名/発表者名
      Kenta Higuchi, Hisashi Morioka, Etsuo Segawa
    • 雑誌名

      Journal of Spectral Theory

      巻: 受理・掲載決定 ページ: 1-29

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comfortable place for quantum walker on finite path2022

    • 著者名/発表者名
      Anahara Yoshihiro、Konno Norio、Morioka Hisashi、Segawa Etsuo
    • 雑誌名

      Quantum Information Processing

      巻: 21 号: 7 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1007/s11128-022-03588-5

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Discontinuity of the Energy of Quantum Walk in Impurities2021

    • 著者名/発表者名
      Higuchi Kenta、Komatsu Takashi、Konno Norio、Morioka Hisashi、Segawa Etsuo
    • 雑誌名

      Symmetry

      巻: 13 号: 7 ページ: 1134-1134

    • DOI

      10.3390/sym13071134

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Asymptotic Properties of Generalized Eigenfunctions for Multi-dimensional Quantum Walks2021

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Takashi、Konno Norio、Morioka Hisashi、Segawa Etsuo
    • 雑誌名

      Annales Henri Poincare

      巻: - 号: 5 ページ: 1-32

    • DOI

      10.1007/s00023-021-01131-3

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generalized eigenfunctions for quantum walks via path counting approach2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Komatsu, Norio Konno, Hisashi Morioka, Etsuo Segawa
    • 雑誌名

      Reviews in Mathematical Physics

      巻: 33 ページ: 1-33

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 1次元量子ウォークの共鳴展開と長時間挙動への応用2023

    • 著者名/発表者名
      樋口健太, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本応用数理学会環瀬戸内応用数理研究部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子ウォークモデルを用いたポテンシャル障壁による量子トンネル効果2023

    • 著者名/発表者名
      安藤和典, 藤岡和真, 森岡 悠
    • 学会等名
      日本応用数理学会環瀬戸内応用数理研究部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A shape resonance model for quantum walks2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Morioka
    • 学会等名
      10th International Workshop of Quantum Simulation and Quantum Walks
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A shape resonance model for quantum walks2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Morioka
    • 学会等名
      2nd Chile-Japan Workshop on Mathematical Physics and Partial Differential Equations
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子ウォークにおける形状共鳴の複素平行移動による解析2023

    • 著者名/発表者名
      樋口健太, 森岡 悠
    • 学会等名
      日本数学会秋季総合分科会関数解析学分科会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 流出入を伴う1次元格子上量子ウォークの収束速度2023

    • 著者名/発表者名
      穴原義弘, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本数学会秋季総合分科会応用数学分科会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 流出入を伴う1次元格子上量子ウォークの極限定理2023

    • 著者名/発表者名
      穴原義弘, 今野紀雄, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本数学会秋季総合分科会関数解析学分科会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A shape resonance model for quantum walks2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Morioka
    • 学会等名
      RIMS共同研究(グループ型A)「様々なポテンシャルを持つシュレディンガー作用素のスペクトル理論」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complex translation methods and its application to resonances for quantum walks2023

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 学会等名
      RIMS共同研究(グループ型A)「線形及び非線形分散型方程式に関する近年の進展」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Resonance expansion for finitely perturbed free quantum walks on the line2023

    • 著者名/発表者名
      樋口健太, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本数学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 流出入を伴う1次元格子上量子ウォークの極限定理2023

    • 著者名/発表者名
      穴原義弘, 今野紀雄, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本数学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 流出入を伴う1次元格子上量子ウォークの収束速度2023

    • 著者名/発表者名
      穴原義弘, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      日本数学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 区間上の2状態量子ウォークモデルに対する動的境界制御可能性2022

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 学会等名
      日本応用数理学会環瀬戸内応用数理研究部会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 多次元量子ウォークの時間定常的散乱理論と一般化固有関数について2021

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 学会等名
      第10回信州関数解析シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多次元量子ウォークに対する時間定常的な散乱理論2021

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 学会等名
      Workshop on Analysis in Kagurazaka 2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パスの数え上げによる1次元2状態量子ウォークに対する散乱行列の明示公式2020

    • 著者名/発表者名
      小松 堯, 今野紀雄, 森岡 悠, 瀬川悦生
    • 学会等名
      2020年度応用数学合同研究集会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 1次元2状態量子ウォークの散乱行列について2020

    • 著者名/発表者名
      森岡 悠
    • 学会等名
      信州数理物理セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] 10th International Congress on Industrial and Applied Mathematics, [00462] Mathematical and applicable studies on quantum walks2023

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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