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2020 年度 実施状況報告書

トポロジーと結晶群に基づく新奇量子相の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K05490
研究機関東京大学

研究代表者

江澤 雅彦  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10504805)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
キーワード平方根トポロジカル絶縁体 / 境界障害トポロジカル絶縁体 / パラフェルミオン / トポロジカルMEMS / ユニバーサル量子計算 / トポロジカルEuler絶縁体 / 変分量子サポートベクターマシーン / 量子画像認識
研究実績の概要

研究題目「トポロジーと結晶群に基づく新奇量子相の理論的研究」の基に順調に研究は遂行されている。本年度の研究実績は下記の様に要約される。
(1) 通常のトポロジカル絶縁体はバルクのギャップが閉じる事によって、トポロジカル相転移を起こす。それに対してバルクが開いたままエッジのギャップが閉じる事によるトポロジカル相転移(境界障害トポロジカル絶縁体)を明らかにした。また、あるハミルトニアンの二乗がトポロジカル絶縁体になる平方根トポロジカル絶縁体をグラフ理論を用いて一般的に構成する方法を提案した。(2) 更に、電気機械結合系Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)でトポロジカル系を作成できる事を世界で初めて示した。特に静電アクチュエータを並列に並べた系で自由振動系と強制振動系で異なるトポロジカル相を実現する事を示した。(3) 高周波電気回路やLC振動子を用いて位相シフトゲート、Hadamardゲート、CNOTゲートを作成する事によりユニバーサル量子計算をシミュレートできる事を示した。また、白黒画像とカラー画像を波動関数で表現し、類似度を内積によって判定する量子画像認を提案した。識更に実ベクトルに対して定義されるEuler数で特徴づけられるトポロジカルEuler絶縁体を提案した。(4) 機械学習の最も基本的な模型であるサポートベクターマシーンを変分量子アルゴリズムを用いて計算する変分量子サポートベクターマシーンを提案した。(5) 時計対称性を持つ非エルミート二次トポロジカル絶縁体を考える事でパラフェルミオン・コーナー状態を持つ模型を提案し、電気回路で実装する方法を提案した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度は、トポロジーと結晶群に基づく新奇量子相として、当初の予定になかった「パラフェルミオンの電気回路における構成やトポロジカルMEMS」の発見を行った。当初の計画以上に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

現在までの進捗状況は当初の計画以上に進展している。引き続き新奇やトポロジカル相を探索する。具体的には、解放散逸量子系におけるトポロジカル相をLindbrad方程式を解析する事により明らかにする計画である。

次年度使用額が生じた理由

支出会計上での手違いがあったようです。次年度に使用致します。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 9件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] The Chinese University of Hong Kong/Sichuan Normal University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      The Chinese University of Hong Kong/Sichuan Normal University
  • [国際共同研究] The University of New South Wales(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      The University of New South Wales
  • [雑誌論文] Neel-type skyrmions and their current-induced motion in van der Waals ferromagnet-based heterostructures2021

    • 著者名/発表者名
      Park Tae-Eon、et. al.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: 104410

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.104410

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A frustrated bimeronium: Static structure and dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Xichao、Xia Jing、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Diep Hung T.、Zhao Guoping、Liu Xiaoxi、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 118 ページ: 052411~052411

    • DOI

      10.1063/5.0034396

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Signal detection based on the chaotic motion of an antiferromagnetic domain wall2021

    • 著者名/発表者名
      Shen Laichuan、Xia Jing、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Zhao Guoping、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 118 ページ: 012402~012402

    • DOI

      10.1063/5.0034997

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dirac Formulation for Universal Quantum Gates and Shor’s Integer Factorization in High-frequency Electric Circuits2020

    • 著者名/発表者名
      Ezawa Motohiko
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 124712~124712

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.124712

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Systematic construction of square-root topological insulators and superconductors2020

    • 著者名/発表者名
      Ezawa Motohiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 ページ: 033397

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.2.033397

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Edge-corner correspondence: Boundary-obstructed topological phases with chiral symmetry2020

    • 著者名/発表者名
      Ezawa Motohiko
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 121405

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.121405

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric circuits for universal quantum gates and quantum Fourier transformation2020

    • 著者名/発表者名
      Ezawa Motohiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 ページ: 023278

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.2.023278

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-Abelian braiding of Majorana-like edge states and topological quantum computations in electric circuits2020

    • 著者名/発表者名
      Ezawa Motohiko
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 075424

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.075424

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-Induced Dynamics and Chaos of Antiferromagnetic Bimerons2020

    • 著者名/発表者名
      Shen Laichuan、Xia Jing、Zhang Xichao、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Liu Xiaoxi、Zhao Guoping、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 037202

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.037202

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of an elliptical ferromagnetic skyrmion driven by the spin?orbit torque2020

    • 著者名/発表者名
      Xia Jing、Zhang Xichao、Ezawa Motohiko、Shao Qiming、Liu Xiaoxi、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 ページ: 022407~022407

    • DOI

      10.1063/1.5132915

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Static and dynamic properties of bimerons in a frustrated ferromagnetic monolayer2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Xichao、Xia Jing、Shen Laichuan、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Zhao Guoping、Liu Xiaoxi、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 144435

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.144435

    • 国際共著
  • [雑誌論文] Bimeron clusters in chiral antiferromagnets2020

    • 著者名/発表者名
      Li Xiaoguang、Shen Laichuan、Bai Yuhao、Wang Junlin、Zhang Xichao、Xia Jing、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Xu Xiaohong、Mruczkiewicz Michal、Krawczyk Maciej、Xu Yongbing、Evans Richard F. L.、Chantrell Roy W.、Zhou Yan
    • 雑誌名

      npj Computational Materials

      巻: 6 ページ: 169

    • DOI

      10.1038/s41524-020-00435-y

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Current-driven skyrmionium in a frustrated magnetic system2020

    • 著者名/発表者名
      Xia Jing、Zhang Xichao、Ezawa Motohiko、Tretiakov Oleg A.、Hou Zhipeng、Wang Wenhong、Zhao Guoping、Liu Xiaoxi、Diep Hung T.、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 ページ: 012403~012403

    • DOI

      10.1063/5.0012706

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of ferromagnetic bimerons driven by spin currents and magnetic fields2020

    • 著者名/発表者名
      Shen Laichuan、Li Xiaoguang、Xia Jing、Qiu Lei、Zhang Xichao、Tretiakov Oleg A.、Ezawa Motohiko、Zhou Yan
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 104427

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.104427

    • 査読あり / 国際共著
  • [備考]

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nagaosa-lab/ezawa/papers.html

  • [産業財産権] 電気回路2020

    • 発明者名
      江澤雅彦
    • 権利者名
      江澤雅彦
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-88598
  • [産業財産権] 電気回路2020

    • 発明者名
      江澤雅彦
    • 権利者名
      江澤雅彦
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      国際出願PCT/JP2020/ 40218
    • 外国

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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