量子状態のトポロジカルな断熱制御の基礎

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05584
• 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: 首都大学東京
• 研究代表者: 田中 篤司 首都大学東京, 理学研究科, 助教 (20323264)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 新奇な量子ホロノミー / 断熱定理 / 準位反転 / 量子状態制御

研究成果の概要

本研究では断熱量子制御の新しい考えとして、新奇な量子ホロノミーと呼ばれる量子状態変化を利用したものを取り上げた。特に、弱く相互作用するボーズ粒子系を一次元領域に閉じこめた基底状態に準備した場合を調べた。ここに、不純物ポテンシャルを印加し、その強度の断熱変化とクエンチを組み合わせた周期的操作を施すことで、粒子間相互作用が十分弱い場合には新奇な量子ホロノミーが実現することを示した。一方、粒子間相互作用が強い場合、定常解の分岐によって、新奇な量子ホロノミーが妨げられることを見いだした。

自由記述の分野

非線形物理、量子物理、特に量子カオス

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで、新規な量子ホロノミーは自由度の小さい量子系と、Lieb-Liniger模型と呼ばれる厳密可解な多体系を中心に調べられてきた。新奇な量子ホロノミーの存在は、熱力学的な系での断熱準静変化とミクロ量子系の断熱変化との決定的な違いの一つであり、近年の統計力学の基礎に関する研究の動向に関連した発展も期待される。また、本研究で扱かった一次元空間中で弱く相互作用するボーズ粒子系では実験的な研究との関連も期待される。実際、 dipolar Bose gas での新奇な量子ホロノミーノ実験が最近報告された (Kao et al., arXiv:2002.10475)。