| 研究課題/領域番号 |
24K22869
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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 |
野垣 康介 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (81001691)
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| 研究期間 (年度) |
2024-07-31 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2024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 / 重い電子系 / 多極子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多くの強相関系では量子臨界点が出現し、その近傍で非従来型超伝導や非フェルミ液体が見られる。磁性の量子臨界点は良く理解されたが、近年、拡張多極子の秩序や揺らぎが各論的に議論され始め、統一的な理論構築が望まれる。また、第一原理に基づく強相関系の解析には、大規模模型を用いた議論が不可欠であり、高効率な計算手法の発展は喫緊の課題である。
本研究では、拡張多極子の知見に基づいて、新奇な量子臨界現象の解明や解析手法の確立を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本課題においては、「拡張多極子」をキーワードとして、様々な自由度を有する強相関電子系の解明と探索を目的としている。固体中の自由度を拡張多極子として捉え、系統的に強相関電子系の問題に取り組む基盤が整いつつある。こうした発展を下にして量子多体問題へ有効なアプローチを可能にするためには、計算手法のさらなる発展が必要不可欠である。
近年では、中規模量子計算機が実現し、量子計算分野に大きな影響を与えている。量子計算機の応用先として、量子多体系の基底状態計算が挙げられるが、量子位相推定を用いたアルゴリズムを現代の量子計算機で実行することは現実的でない。代替案として、量子計算機を用いて重要な配位を選択し、制限された部分空間内での対角化を古典計算機上で実行する手法が提案された。本年度は、この提案に触発されて、主として以下の提案を行った。
(1)周期境界条件下における適切な計算条件の推定と実証
(2)群論に基づいた、部分空間内の対称性の回復アルゴリズムの提案
(1)に関して、周期系では点群対称性と並進対称性が共存することにより、自然な基底の取り方が複数存在する。本提案では、波数基底を用いることで性能が向上することを実証した。
(2)に関して、一電子基底関数の表現行列に着目することで、量子計算機により選択された部分空間に対称性を回復させる手法を提案した。この手法を援用することで、エネルギーの収束性が向上することを実証した。本成果に関して、学術論文としてまとめて投稿中である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、量子計算、量子化学計算に関する知見を吸収し、主に量子化学計算分野で発展していた量子計算技法を周期系へと拡張することに成功した。これは、固体物理分野における量子計算機を用いた研究を大きく促進するものであると考えている。また、本年度の研究の過程で量子計算の知見を得たことは、今後の研究においてより挑戦的な問題に取り組む素地となると考えられる。これらの成果を学術論文にまとめ投稿中である。
以上の理由により、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に行っていた研究を進展させる。前年度では1次元の模型に対して手法の有効性を実証したので、高次元の模型への適用は興味深い。また、異なる境界条件へ手法を拡張することも重要な課題である。また、より大規模な量子多体模型へと適用することも喫緊の課題である。特に、多軌道模型や単位胞に複数の原子が存在する模型における計算の実行は、本手法の適用可能性を拡大していく上で必要不可欠な課題である。
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