量子純粋状態による統計力学

• 研究課題/領域番号: 26287085
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 明 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (10242033)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: equilibrium state / macroscopic system / statistical mechanics / pure quantum state / 量子統計力学 / 純粋状態 / 混合状態 / 統計力学 / 有限温度 / 強相関系 / 電子系

研究成果の概要

量子純粋状態を用いた量子統計力学の定式化であるTPQ形式を、ヒルベルト空間の次元が無限大であるときにまで拡張した。また、グランドカノニカルアンサンブルに対応するようなTPQ状態を構成し、ハバードモデルの有限温度の性質を解析することに成功した。また、TPQ状態の量子もつれを解析し、Gibbs状態との大きな違いを明らかにした。さらに、平衡状態のまわりにゆらぐTPQ状態を構成し、その非平衡統計力学との関係を調べ、揺動散逸定理が量子系では破綻する場合があることを示した。また、従来はGibbs状態が用いられていた線形応答理論を、TPQ状態を用いて再定式化することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Quantum Violation of Fluctuation-Dissipation Theorem (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Shimizu and K. Fujikura
  • 雑誌名: J. Stat. Mech. 巻: 2017 号: 2 ページ: 024004-024004
  • DOI: 10.1088/1742-5468/aa5a67
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Universal Property of Quantum Measurements of Equilibrium Fluctuations and Violation of Fluctuation-Dissipation Theorem (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Fujikura and A. Shimizu
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 1 ページ: 010402-1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.010402
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous Quantum States associated with Quantum Breaking of Equivalence of Ensembles (2016)
  • 著者名/発表者名: kira Shimizu and Mamiko Tatsuta
  • 雑誌名: 第35回量子情報技術研究会資料 巻: QIT2016 ページ: 57-60
• [雑誌論文] 有限温度の一般化猫状態の生成法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 龍田真美子、清水明
  • 雑誌名: 第35回量子情報技術研究会資料 巻: QIT2016 ページ: 61-65
• [雑誌論文] 非平衡定常状態におけるエントロピーの示量性の破れ (2016)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 雑誌名: 第35回量子情報技術研究会資料 巻: QIT2016 ページ: 11-15
• [雑誌論文] Liquid is more rigid than solid in a high-frequency region (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hasegawa, Tatsuro Yuge and Akira Shimizu
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 85 号: 1 ページ: 013001-013001
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.013001
  • NAID: 40020699650
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 熱的な量子純粋状態を用いた統計力学の定式 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉浦祥, 清水明
  • 雑誌名: 日本物理学会 巻: 70 ページ: 368-373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Pure Quantum States of Many-Particle Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahiko. Hyuga, Sho Sugiura, Kazumitsu Sakai, and Akira Shimizu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.121110
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ew Formulation of Statistical Mechanics using Thermal Pure Quantum States (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sugiura and A. Shimizu
  • 雑誌名: Kinki University Series on Quantum Computing 巻: 9 ページ: 245-248
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 揺動散逸定理の量子破綻 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水明
  • 学会等名: 統計物理学懇談会（第5回）
  • 発表場所: 慶應大学(神奈川県横浜市)
  • 招待講演
• [学会発表] 非平衡定常状態のエントロピーの非示量性における普遍性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市）
• [学会発表] 有限温度平衡状態からのマクロに異なる状態の重ね合わせの生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 龍田真美子, 清水明
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市）
• [学会発表] 熱的量子純粋状態を用いた系の応答 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤寛之, 堀田知佐, 清水明
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市）
• [学会発表] 非平衡量子系の状態数 (2016)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大 （宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 微小量子機械の動作解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠山遼子，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大 （宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] マクロ量子系のゆらぎ測定と揺動散逸定理の量子破綻 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水明、藤倉恭太
  • 学会等名: 量子論の諸問題と今後の発展（QMKEK6）
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構 （つくば市、茨城県）
  • 年月日: 2016-02-18
• [学会発表] Quantum Violation of Fluctuation-Dissipation Theorem (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Shimizu and Kyota Fujikura
  • 学会等名: 26th IUPAP International Conference on Statistical Physics (STATPHYS26)
  • 発表場所: Lyon, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アンサンブルの等価性の量子破綻にともなう異常な量子状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水明、龍田真美子
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会 (QIT35)
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（つくば、茨城県）
  • 招待講演
• [学会発表] 有限温度の一般化猫状態の生成法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 龍田真美子、清水明
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会 (QIT35)
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（つくば、茨城県）
• [学会発表] 非平衡定常状態におけるエントロピーの示量性の破れ (2016)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会 (QIT35)
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（つくば、茨城県）
• [学会発表] アンサンブルの等価性を破る異常量子状態の物理的性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 龍田真美子, 清水明
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県金沢市）
• [学会発表] 非平衡定常状態のエントロピーの異常なサイズ依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県金沢市）
• [学会発表] 短い時間スケールでは固体よりも液体の方が固い (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川直紀、弓削達郎、清水明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 微小な量子熱統計力学的機械のプロトタイプ (2015)
  • 著者名/発表者名: 畠山遼子，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] What is measured when fluctuation of macrovariables is measured in quantum systems? (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Shimizu and Kyota Fujikura
  • 学会等名: New Frontiers in Non-equilibrium Physics 2015
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所 （京都府京都市）
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] エネルギーとエントロピーの競合を利用した微小機械 (2015)
  • 著者名/発表者名: 畠山遼子，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] スクイズド平衡状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤倉恭太，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 非平衡量子系の部分系の密度演算子と状態数 (2015)
  • 著者名/発表者名: 箱嶋秀昭，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京都新宿区
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Liquid is more rigid than solid in a high-frequency region (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Shimizu, Naoki Hasegawa and Tatsuro Yuge
  • 学会等名: Nonequilibrium Phenomena in Novel Quantum States
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-12-03 – 2014-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] 非平衡定常状態の状態数分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水明，箱嶋秀昭，杉浦祥
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] グランドカノニカルTPQ状態とカノニカルTPQ状態の比較 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日向理彦，杉浦祥，堺和光，清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 基底を節約した熱的量子純粋状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉浦祥, 清水明
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、愛知県春日井市
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Excitonic Thermal Pure Quantum States (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Hyuga, Sho Sugiura, and Akira Shimizu
  • 学会等名: The 7th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems
  • 発表場所: Hakone, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [備考] 清水研の最近の研究
  • URL: http://as2.c.u-tokyo.ac.jp/recentresearch.html
• [備考] Publication List
  • URL: http://as2.c.u-tokyo.ac.jp/list.html