| 研究課題/領域番号 |
17K05595
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
斎藤 弘樹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60334497)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ボース・アインシュタイン凝縮 / 超流動 / 量子渦 / 機械学習 |
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| 研究実績の概要 |
今年度はボース・アインシュタイン凝縮体や格子上のボース粒子系に関していくつかの研究成果が上がった。
一つは、量子乱流に関する研究成果である。古典流体では一様等方乱流においてエネルギースペクトルが冪乗則、すなわちコルモゴロフ則を示すことが知られているが、具体的に流体がどのようなダイナミクスを経て、コルモゴロフ則が生じるかは明確には理解されていなかった。これに対して、大きな構造の渦からそれと直交するように小さな渦が生まれてくることが、最近、別の研究グループによって示されたが、この過程が量子流体においても同様に現れるかは自明ではない。我々は、非線形シュレディンガー方程式を数値的に解くことによって、量子乱流状態において、大きなスケールの量子渦から小さなスケールの量子渦が互いに直交するように生成していることを明らかにした。この過程が、量子乱流におけるエネルギーカスケードのメカニズムの一つであると考えられる。
もう一つの研究成果は、少数多体系の厳密な基底状態を、ニューラルネットワークを用いて求めるというものである。前年度の我々の研究で、格子上のボース粒子系についてニューラルネットワークを用いた方法が有効であることが示されたが、同様の方法が連続空間の問題にも適用可能であり、良い結果を与えることが明らかになった。
さらに、超流動体中で複数の量子渦輪が配置された場合の安定性に関して研究を行った。円形の渦輪を中心をそろえて平行に配置した場合、従来リープフロッグ運動が安定して見られることが知られていたが、我々は特に強い不安定性が生じる初期配置があることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度の研究成果によって、ボース・アインシュタイン凝縮体および超流動体に関してさらに多くの知見が得られた。量子乱流や量子渦輪の運動に関する研究成果は当初予期していなかったが、量子流体の本質に迫る研究成果であり、大きな価値があると考えられる。また、当初の研究目的にはなかった、機械学習を用いた量子多体問題の計算法に関しても、今年度は大きな進展があった。これらの理由により、本研究は概ね順調に進展していると言うことができる。
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| 今後の研究の推進方策 |
量子乱流に関する研究、および、機械学習を用いた量子多体問題の計算法に関する研究を今後推進する。多成分ボース・アインシュタイン凝縮体における量子乱流に関しては、まだあまりよく知られていないため、これを推進する。また、２次元乱流との関連、２次元・３次元乱流のクロスオーバーに関しても研究を推進したい。機械学習に関しては、GPUを用いてより大きな量子系を高速に計算する方法の開発を推進する。それによって、この方法が持つ可能性が質的に変化すると期待している。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
機械学習および非線形シュレディンガー方程式の計算に必要な複数のGPUを、翌年度分として請求した助成金と合わせて購入する。新しいGPU発売が見込まれるため、古いものを買うのを控え、次年度に持ち越した。
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