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2023 年度 実績報告書

量子測定と量子制御: 量子情報技術から統計力学の基礎まで

研究課題

研究課題/領域番号 18K03470
研究機関早稲田大学

研究代表者

湯浅 一哉  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90339721)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2024-03-31
キーワード量子制御 / 量子測定 / 量子熱力学 / 量子フィードバック制御 / 積公式 / 量子断熱定理 / 量子Zeno効果 / Maxwellの悪魔
研究実績の概要

本研究課題の目的は,「量子測定」と「量子制御」をキーワードに,それらが意外ながら本質的な役割を果たすテーマに取り組んで,「量子情報技術」や「統計力学の基礎」に貢献することにあった.「量子計測」,「測定による量子制御」,「統計力学の基礎」を柱に研究を推進し,最終年度である今年度は以下の成果を得た.
■量子系の熱力学に関わる話題として,量子測定とフィードバック制御によって量子系に充填・抽出可能なエネルギーの限界を追究した.一般の量子測定過程がフィードバック制御を含む量子操作過程と区別できないことを指摘するとともに,純粋に測定と言える量子過程ではユニタリー制御によるエネルギー抽出限界(エルゴトロピー限界)やエネルギー充填限界を超えることができないことを一般的に証明した.このことより,ユニタリー制御を超えるエネルギー充填・抽出を実現するためにはフィードバック制御を加える必要があることを明らかにした.この研究成果を論文として発表した.
■昨年度までの研究で,様々な量子制御手法の基盤を与える極限定理を統一的に扱うことができる枠組を構築していた.それを発展させ,量子制御に広く利用されている「Trotterの積公式」を議論した.特に,高次の積公式を系統的に構成する方法を提供するとともに,無限次元系に対する積公式の誤差評価を与えた.その結果,量子化学計算の評価に広く使われている誤差評価が正しくないことが明らかになった.この研究成果は,当該分野で最も権威ある国際会議の一つとして知られているQuantum Information Processing (QIP)に採択され,そこで公表した.
研究期間全体を通じても,11編の学術論文の発表,48件の学会・研究会発表に結実するなど,「量子計測」,「量子制御」,「統計力学の基礎」に関わる話題で研究成果を上げることができた.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Bari(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      University of Bari
  • [国際共同研究] University of Erlangen-Nuremberg(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Erlangen-Nuremberg
  • [国際共同研究] Macquarie University(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      Macquarie University
  • [雑誌論文] Quantum ergotropy and quantum feedback control2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta Koshihara and Kazuya Yuasa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 107 ページ: 064109

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.107.064109

    • 査読あり
  • [学会発表] Breaking badly: unexpected Trotter error scaling for realistic quantum systems2024

    • 著者名/発表者名
      Daniel Burgarth, Paolo Facchi, Alexander Hahn, Mattias Johnsson, and Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      Quantum Information Processing 2024 (QIP 2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Trotter Product Formula: Unexpected Scaling in Quantum Chemistry2024

    • 著者名/発表者名
      Daniel Burgarth, Paolo Facchi, Alexander Hahn, Mattias Johnsson, and Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      Quantum Australia 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Control of nano-diamond Nitrogen Vacancy spin ensembles2024

    • 著者名/発表者名
      Jemy Geordy, Alexander Hahn, Anirban Dey, Kazuya Yuasa, Daniel Burgarth, Sarath Raman Nair, and Thomas Volz
    • 学会等名
      Quantum Australia 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermodynamics of Steady Heat Engines Driven by Quantum Measurement Backaction2024

    • 著者名/発表者名
      Kenta Koshihara and Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      Statistical & Quantum Physics Winter School 2024 (SQP2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子熱力学における量子測定とフィードバック制御の効果2024

    • 著者名/発表者名
      越原健太・湯浅一哉
    • 学会等名
      Quantum Foundations
  • [学会発表] Strong error bounds for Trotter & Strang Splittings and their implications to Quantum Chemistry2024

    • 著者名/発表者名
      Daniel Burgarth, Paolo Facchi, Alexander Hahn, Mattias Johnsson, and Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      87th Annual Conference of the DPG and DPG Spring Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Eternal Adiabaticity and Long-Term Stability of Perturbed Quantum Symmetries2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      Mathematical Physics in Quantum Technology: From Finite to Infinite Dimensions (MPQT23)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Eternal Adiabaticity and Long-Term Stability of Perturbed Quantum Symmetries2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      VI International Workshop on Information Geometry, Quantum Mechanics and Applications 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Eternal Adiabaticity and Long-Term Stability of Perturbed Quantum Symmetries2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      Puglia Summer Trimester 2023 (PST2023): Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子測定による反跳の効果で駆動する定常熱サイクル2023

    • 著者名/発表者名
      越原健太・藤本大来・湯浅一哉
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
  • [学会発表] Trotter Product Formula: Unexpected Scaling in Quantum Chemistry2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Burgarth, Paolo Facchi, Alexander Hahn, Mattias Johnsson, and Kazuya Yuasa
    • 学会等名
      EQUS Annual Workshop 2023
    • 国際学会
  • [備考] 早稲田大学物理学科湯浅研究室HP

    • URL

      https://www.f.waseda.jp/yuasa/

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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