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動的量子系の最適制御

研究課題

研究課題/領域番号 26400385
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関東京工業大学

研究代表者

高橋 和孝  東京工業大学, 理学院, 助教 (70415214)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018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)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード断熱状態制御の方法 / 量子アニーリング / 断熱状態 / 動的相転移 / ゆらぎの定理 / エントロピー / 情報幾何学 / ソリトン / Landau-Zener遷移 / KdV方程式 / 量子クエンチ / 量子古典対応 / Markov過程 / 詳細つりあい条件の破れ / 戸田方程式 / 量子最速曲線 / 動的特異性
研究成果の概要

断熱状態の制御についてさまざまな手法や応用を提案した。その結果、動力学が一般に普遍的な構造を有していることを見出した。ハミルトニアンのエネルギーとしての役割と生成子としての役割を分割して考えることができて、後者は幾何学的な解釈が可能になる。これは量子系に限らず古典系や統計力学系にも適用される。
応用例のひとつとして、動力学を支配する方程式が古典非線形可積分系のLax形式と同様の構造をもっていることを見出し、それによって古典・量子動力学系において非自明な制御項を得ることに成功した。これまでに知られていた解が得られるとともに新奇な解を網羅的に得ることができる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

動力学の問題を解くことは一般に難しいが、本研究によって統一的な見方が得られた。当初は制御の問題を想定して研究を行っていたが、必ずしもそれに限らない描像を得たことは意義が大きい。動力学を理解する端緒となることが期待される。
また、これも想定外であったが、本研究の成果は量子力学に限らず古典力学や統計力学の系にも適用ができる。今後は本研究で得られた描像に立ってさまざまな系の動的な性質や制御問題を調べるという研究が行われることを期待している。

報告書

(6件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 8件、 招待講演 11件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hamiltonian Engineering for Adiabatic Quantum Computation: Lessons from Shortcuts to Adiabaticity2019

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 6 ページ: 061002-061002

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.061002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Counterdiabatic Hamiltonians for multistate Landau-Zener problem2018

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Kohji、Takahashi Kazutaka
    • 雑誌名

      SciPost Physics

      巻: 5 号: 3 ページ: 29-29

    • DOI

      10.21468/scipostphys.5.3.029

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Complex semiclassical analysis of the Loschmidt amplitude and dynamical quantum phase transitions2017

    • 著者名/発表者名
      Obuchi Tomoyuki、Suzuki Sei、Takahashi Kazutaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 17 ページ: 174305-174305

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.174305

    • NAID

      130007507829

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shortcuts to adiabaticity applied to nonequilibrium entropy production: an information geometry viewpoint2017

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kazutaka
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 19 号: 11 ページ: 115007-115007

    • DOI

      10.1088/1367-2630/aa9534

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum-classical correspondence of shortcuts to adiabaticity2017

    • 著者名/発表者名
      Manaka Okuyama and Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 4 ページ: 043002-043002

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.043002

    • NAID

      210000134319

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From classical nonlinear integrable systems to quantum shortcuts to adiabaticity2016

    • 著者名/発表者名
      Manaka Okuyama and Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 7 ページ: 070401-070401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.070401

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Shortcuts to adiabaticity for quantum annealing2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 95 号: 1 ページ: 012309-012309

    • DOI

      10.1103/physreva.95.012309

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Conflict between fastest relaxation of a Markov process and detailed balance condition2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi and Masayuki Ohzeki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 93 号: 1

    • DOI

      10.1103/physreve.93.012129

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unitary deformations of counterdiabatic driving2015

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 91 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.91.042115

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fast-forward scaling in a finite-dimensional Hilbert space2014

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 89 号: 4

    • DOI

      10.1103/physreva.89.042113

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 制御の問題から見る動力学の普遍的構造2018

    • 著者名/発表者名
      高橋和孝
    • 学会等名
      非平衡系の物理学-階層性と普遍性-
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Quantum-classical correspondence of shortcuts to adiabaticity2017

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      OIST workshop on quantum control
    • 発表場所
      OIST, Okinawa
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 断熱制御の方法と非平衡関係式2017

    • 著者名/発表者名
      高橋 和孝
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Structures of quantum, classical, and statistical dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      International workshop on quantum information, quantum computing and quantum control
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hamiltonian engineering for many-body quantum systems by shortcuts to adiabaticity2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Workshop on theory and practice of adiabatic quantum computers and quantum simulation
    • 発表場所
      ICTP, Trieste
    • 年月日
      2016-08-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子断熱状態の制御とKdV方程式2016

    • 著者名/発表者名
      高橋 和孝, 奥山 真佳
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimization of Markov process violates detailed balance condition2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Topics in Advanced Monte Carlo Methods
    • 発表場所
      Institute of Statistical Mathematics
    • 年月日
      2016-03-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Shortcuts to adiabaticity for nonlinear systems2016

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Workshop on quantum control
    • 発表場所
      Kindai University
    • 年月日
      2016-02-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optimization of Markov process violates detailed balance condition2015

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Breaking and beyond detailed balance condition-expanding to machine learning-
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      2015-12-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How to find shortcuts to adiabaticity2015

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Uzbekistan workshop
    • 発表場所
      Uzbekistan National University
    • 年月日
      2015-10-23
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Shortcuts to adiabaticity2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 和孝
    • 学会等名
      基研研究会「量子制御技術の発展により拓かれる量子情報の新時代」
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2015-07-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] How to find shortcuts to adiabaticity2015

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Adiabatic Quantum Computing
    • 発表場所
      ETH, Zurich
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Markov過程の最適化と詳細つりあいの破れ2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 和孝
    • 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)
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum Brachistochrone2015

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      OIST Mini Symposium: Quantum Control of Light and Matter
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学院大学(恩納)
    • 年月日
      2015-01-14 – 2015-01-16
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子O(N)模型における量子クエンチの動的特異性2014

    • 著者名/発表者名
      高橋 和孝
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学(春日井)
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] How to find shortcuts to adiabaticity - Brachistochrone problem in quantum systems2014

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      YITP Workshop on Quantum Information Physics
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所(京都)
    • 年月日
      2014-08-04 – 2014-08-07
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] How to find shortcuts to adiabaticity - Brachistochrone problem in quantum systems2014

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Shortcuts to Adiabaticity 2014
    • 発表場所
      上海大学(上海)
    • 年月日
      2014-07-01 – 2014-07-04
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Counterdiabatic driving from quantum brachistochrone equations2014

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Takahashi
    • 学会等名
      Mini-workshop on real-time dynamics of quantum many-body systems
    • 発表場所
      東京大学(東京)
    • 年月日
      2014-05-20
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.stat.phys.titech.ac.jp/~ktaka/research.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2020-03-30  

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