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光励起輸送の自律組織化を目指した制御プロトコルの開発

公募研究

研究領域ハイブリッド量子科学
研究課題/領域番号 18H04290
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関山梨大学

研究代表者

内山 智香子  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30221807)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードエネルギー伝送 / 環境制御 / 光励起輸送 / 自律組織化 / 自律輸送 / 自立組織化
研究実績の概要

従来、エネルギー伝送において周囲からの雑音は排除すべき対象として考慮されてきた。しかし、近年の量子技術の進展によって生体物質に対する光応答実験が可能となった結果、光合成細菌の光捕集分子が環境世界からの雑音を巧みに利用して光励起エネルギーを高効率で伝送していることが明らかになってきた。世界的研究動向は当該メカニズムを実験・理論の両面から詳細に解明し、この模倣を目指すことが主流となっている。しかし、生体分子の複雑性・冗長性により、その実現には多くの障壁が予想される。この状況を鑑み、本研究は次の段階を見据えた方向性の提案および具体的実現を目指した。

この目的の達成には、生体物質由来の拘束条件を撤廃する必要がある。本研究では、光励起エネルギー伝送の効率向上の本質を、環境世界からの雑音利用に見出し、人工制御した雑音を単純な構造を有する系に印加するスキームに取り組むことで、この困難を克服することとした。その際、具体的なモデルとして、時空間相関を有する雑音を環形状のエネルギーサイトに印加するものとし、1つのサイトを100%励起するという初期条件のもと、その後残りの2つのサイトにエネルギーが伝送されるダイナミクスを求めた。サイト間の空間相関・反相関の組み合わせ、及び、各サイトのエネルギーを系統的に変化させることにより、自律的な輸送の生成条件を特定することに成功し、本研究の当初目標は概ね達成できた。

また、本研究では、領域会議等における議論を契機とし、環境制御による電子輸送の効率化を目指した領域内共同研究及び当研究室所属の若手研究者・学生の育成も行った。その成果は、磁化回転によるスピンポンピングにおける非マルコフ効果や、量子コンピュータの熱設計の基本指針提案についての論文発表として結実した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (41件) (うち国際学会 15件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ミラノ大学(イタリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Lower bounds for the mean dissipated heat in an open quantum system2020

    • 著者名/発表者名
      Kazunari Hashimoto, Bassano Vacchini, and Chikako Uchiyama
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 101 号: 5 ページ: 052114-052114

    • DOI

      10.1103/physreva.101.052114

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonadiabaticity in Quantum Pumping Phenomena under Relaxation2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunari Hashimoto and Chikako Uchiyama
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 21

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin backflow: A non-Markovian effect on spin pumping2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunari Hashimoto, Gen Tatara, Chikako Uchiyama
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 20 ページ: 205304-205304

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.205304

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Non-Markovian Effect on Quantum Transport2020

    • 著者名/発表者名
      C. Uchiyama
    • 学会等名
      The 6th International Workshop on Statistical Physics and Mathematics for Complex Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Control of Quantum Energy Transport by Environmental Engineering2020

    • 著者名/発表者名
      C. Uchiyama
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy flow control via quantum structured network2020

    • 著者名/発表者名
      内山智香子 ・根本香絵
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 共通熱浴を介した集団間のシンクロ現象2020

    • 著者名/発表者名
      加藤光生 ・橋本一成 ・内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピンポンピングに対するフェルミ端異常の影響2020

    • 著者名/発表者名
      山本陽之, 橋本一成A, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Transport of light excitation under environmental engineering2019

    • 著者名/発表者名
      C. Uchiyama and Kae Nemoto
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-adiabatic electron pumping by bias voltage modulation2019

    • 著者名/発表者名
      K. Hashimoto and C. Uchiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interaction effect on spin pumping under magnetic precession2019

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamoto, K. Hashimoto, and C. Uchiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy transport under quantum environmental engineering2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawamura, K. Hashimoto, and C. Uchiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Markovian Effect on Quantum Transport2019

    • 著者名/発表者名
      C. Uchiyama
    • 学会等名
      Quantum Information Processing in Non-Markovian Quantum Complex
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Control of Quantum Energy Transport by Environmental Engineering2019

    • 著者名/発表者名
      C. Uchiyama
    • 学会等名
      The 14th Asia-Pacific Physics Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A loss-free quantum synchronization between two spin domains via a common bath2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Kato, Kazunari Hashimoto, Chikako Uchiyama
    • 学会等名
      The 14th Asia-Pacific Physics Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum information exchange between double spin domains via a common bath2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Kato, Kazunari Hashimoto, Chikako Uchiyama
    • 学会等名
      The 14th Asia-Pacific Physics Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共通熱浴と相互作用する2種類スピン群のダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      加藤光生 ・橋本一成 ・内山智香子
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第9回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 量子ドット系での非断熱スピンポンピングに対するクーロン相互作用の影響2019

    • 著者名/発表者名
      山本陽之 ・橋本一成 ・内山智香子
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第9回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光励起輸送の自律組織化を目指した制御プロトコル開発2019

    • 著者名/発表者名
      内山智香子 ・根本香絵
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第9回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピンポンピングにおける非断熱効果の役割2019

    • 著者名/発表者名
      橋本一成 ・内山智香子
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第9回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非断熱スピンポンピングに対するクーロン相互作用の影響2019

    • 著者名/発表者名
      山本陽之・橋本一成・内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 電位の連続周期変調による非断熱電子ポンピング2019

    • 著者名/発表者名
      橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of quantum energy transport with utilizing environmental effect2019

    • 著者名/発表者名
      内山智香子・根本香絵
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 共通の熱浴と相互作用する2種類のスピン系間での量子情報伝送2019

    • 著者名/発表者名
      加藤光生・橋本一成・内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of energy transport with environmental engineering2019

    • 著者名/発表者名
      内山智香子
    • 学会等名
      応用物理学会新領域グループ「量子情報研究グループ」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 動的磁化を有する量子ドットを用いたスピン流制御の理論研究2019

    • 著者名/発表者名
      古屋雄涼, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子ドット系でのスピン流生成に対するクーロン相互作用の影響:完全計数統計を用いた解析2019

    • 著者名/発表者名
      山本陽之, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 非マルコフ効果を考慮した量子熱機関のダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      手塚隆太, 橋本一成, 羽田野直道, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子情報消去に伴うエネルギー散逸の2つの下限:スピンーボゾンモデルにおける比較2019

    • 著者名/発表者名
      橋本一成, Bassano Vacchini, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子的な環境影響下でのエネルギー伝送効率の温度依存性2019

    • 著者名/発表者名
      川村侑己, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 環境制御によるエネルギー伝送ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      内山智香子, 根本香絵
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 時空間相関を有する環境揺動によるエネルギー流制御2019

    • 著者名/発表者名
      内山智香子, 根本香絵
    • 学会等名
      応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 動的磁化を有する量子ドットを介したスピン流制御の理論2019

    • 著者名/発表者名
      古屋雄涼, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Lower bounds for the mean dissipated heat in the spin-boson model2018

    • 著者名/発表者名
      橋本一成, 内山智香子, Bassano Vacchini
    • 学会等名
      International Symposium on Frontiers of Quantum Transport in Nano Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum energy transport under environmental engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Chikako Uchiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Frontiers of Quantum Transport in Nano Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Environmental engineering for quantum energy transport2018

    • 著者名/発表者名
      Chikako Uchiyama, Kae Nemoto
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時空間相関を有する環境揺動によるエネルギー伝送制御2018

    • 著者名/発表者名
      内山智香子, 根本香絵
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子論的な環境制御下でのエネルギー伝送効率2018

    • 著者名/発表者名
      川村侑己, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 動的磁化を有する量子ドットを用いたスピン流制御の理論研究2018

    • 著者名/発表者名
      古屋雄涼, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スピンポンピングに対するクーロン相互作用の影響2018

    • 著者名/発表者名
      山本陽之, 橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 開放量子系ダイナミクスとランダウアーの原理2018

    • 著者名/発表者名
      橋本一成, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子オットーエンジンにおける非マルコフ効果の影響2018

    • 著者名/発表者名
      手塚隆太, 橋本一成, 羽田野直道, 内山智香子
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Environmental engineering for quantum energy transpor2018

    • 著者名/発表者名
      Chikako Uchiyama
    • 学会等名
      NetSci 2018 Satellite: Complex Quantum Networks
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Environmental engineering for quantum energy transport2018

    • 著者名/発表者名
      Chikako Uchiyama
    • 学会等名
      50 Symposium on Mathematical Physics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] University of Yamanashi, Uchiyama Laboratory

    • URL

      http://www.ccn.yamanashi.ac.jp/~hchikako/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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