• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実施状況報告書

ホログラフィー原理と光格子中の冷却気体の協奏による量子重力実現の提案

研究課題

研究課題/領域番号 18K03492
研究機関近畿大学

研究代表者

段下 一平  近畿大学, 理工学部, 准教授 (90586950)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード冷却気体 / 光格子 / ホログラフィー
研究実績の概要

本研究課題の目標は、光格子中に閉じ込めた極低温の量子気体を用いて量子重力理論とホログラフィー的な意味で双対である量子多体系を実験で実現する方法を提案することである。ある量子多体系がそのような双対を持つことを判定する方法の一つとして、量子ダイナミクスにおけるカオス的性質を特徴付ける量子的リヤプノフ指数の温度依存性を調べることが有効であると予想されている。今年度の研究では、行列積状態を用いて空間一次元の量子多体系の有限温度ダイナミクスを厳密に計算する手法であるminimally entangled typical thermal states (METTS)アルゴリズムの計算効率を大幅に改善することに成功した。具体的には、マルコフ連鎖型モンテカルロサンプリングにおけるサンプル間の強い相関がこの手法の計算効率を著しく下げる要因であったところ、アルゴリズムの途中に複数のトロッターゲートを挿入することでこの相関を劇的に軽減することに成功した。
また、フェルミ気体をカゴメ型の光格子に搭載すると、3つのバンドのうちの一つが平坦バンドとなることが知られている。ごく最近の他グループの研究で、この平坦バンド中のフェルミ気体にランダムポテンシャルを加えた系が量子重力理論と双対になるという提案があった。しかしながら、通常のフェルミ気体ではカゴメ格子の平坦バンドは励起バンドであるため、平坦バンドのみに粒子を閉じ込めておくことはできない。本研究では、負の絶対温度を持つ気体を作ることで励起バンドに安定に粒子を閉じ込めておけることを、三角光格子の系を例として示した。

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

昨年度に立てた推進方策として、有限温度ダイナミクスから量子重力理論の双対となる情報を引き出すために必要な数値計算手法を開発することを挙げた。「研究実績の概要」で述べたようにMETTSアルゴリズムの大幅な改善を実現できたという意味で、順調に研究が進捗したと言える。
また、昨年度の研究で、本研究課題開始当初に量子重力理論と双対であると見込んでいた光格子中の二成分ボース気体およびスピン1ボース気体がそうでないということがわかって、新たな候補を探していた。「研究実績の概要」で述べたように負の絶対温度の気体を利用して励起バンドのみに粒子を閉じ込める方法がわかったことで、模型実現の提案に関しても一定の成果が挙げられたと言える。

今後の研究の推進方策

今年度に開発した改良METTSアルゴリズムを用いて量子多体系の量子的リヤプノフ指数の温度依存性を計算することを試みる。量子重力理論と双対な系では量子的リヤプノフ指数がその上限値を取ることが提唱されているので、量子的リヤプノフ指数が大きいことで知られる量子相転移の臨界領域を狙ってそれを計算する。
今年度、三角格子で確認した負の絶対温度を利用して安定的に励起バンドに粒子を閉じ込める方法を、カゴメ格子の平坦バンドにも応用可能であることを確かめ、量子重力理論と双対な系の具体的な実現方法の提案につなげる。

次年度使用額が生じた理由

有限温度の量子多体系の数値計算アルゴリズムの開発がうまくいき、次年度にその応用のためにより多くの計算機資源が必要であるという見通しになり、次年度のはじめ頃に新規の計算機購入予定であるため。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 14件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Frustrated Quantum Magnetism with Bose Gases in Triangular Optical Lattices at Negative Absolute Temperatures2020

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Yamamoto、Takeshi Fukuhara、Ippei Danshita
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 3 ページ: 56(1-10)

    • DOI

      10.1038/s42005-020-0323-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nonequilibrium steady states of Bose-Einstein condensates with a local particle loss in double potential barriers2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kunimi、Ippei Danshita
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 100 ページ: 063617(1-13)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.100.063617

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quasiexact Kondo Dynamics of Fermionic Alkaline-Earth-Like Atoms at Finite Temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Goto Shimpei、Danshita Ippei
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: 143002(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.123.143002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetism driven by the interplay of fluctuations and frustration in the easy-axis triangular XXZ model with transverse fields2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Daisuke、Marmorini Giacomo、Tabata Masahiro、Sakakura Kazuki、Danshita Ippei
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 ページ: 140410(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.140410

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decay mechanisms of superflow of Bose-Einstein condensates in ring traps2019

    • 著者名/発表者名
      Kunimi Masaya、Danshita Ippei
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 99 ページ: 043613(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.99.043613

    • 査読あり
  • [学会発表] Instability of a dark soliton by quantum fluctuations in a one-dimensional Bose gas in an optical lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ozaki, Kazuma Nagao, Ippei Danshita, Kenichi Kasamatsu
    • 学会等名
      EU-USA-Japan International Symposium on Quantum Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards quantum simulation of Kondo effects with ultracold alkali-earth-like Fermi gases2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Goto, Koki Ono, Shunya Higomoto, Ippei Danshita, Yoshiro Takahashi
    • 学会等名
      EU-USA-Japan International Symposium on Quantum Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Instability of a dark soliton by quantum fluctuations in a one-dimensional lattice Bose gas2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ozaki, Kazuma Nagao, Ippei Danshita, Kenichi Kasamatsu
    • 学会等名
      The 4th Kyoto-Beijing-Tokyo Workshop on Ultracold Atomic Gases
    • 国際学会
  • [学会発表] Kondo dynamics in ultracold alkali-earth-like atoms at finite temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Goto, Ippei Danshita
    • 学会等名
      The 4th Kyoto-Beijing-Tokyo Workshop on Ultracold Atomic Gases
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kondo Transport of Two-Orbital Fermi gases2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Goto, Ippei Danshita
    • 学会等名
      The 28th Annual International Laser Physics Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Semi-classical dynamics of a dark soliton in a one-dimensional lattice Bose gas2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ozaki, Kazuma Nagao, Ippei Danshita, Kenichi Kasamatsu
    • 学会等名
      The 28th Annual International Laser Physics Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Kondo transport dynamics of alkaline-earth-like atoms at finite temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Ippei Danshita
    • 学会等名
      The 5th Conference on Condensed Matter Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Accurate real-time dynamics of the Kondo impurity model at finite temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Ippei Danshita
    • 学会等名
      Emergent phenomena in ultracold atoms: merging topology, interaction, and dynamics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Finite Temperature Dynamics of the Kondo Model in Ultracold Alkaline-Earth Atoms2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Goto, Ippei Danshita
    • 学会等名
      50th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Diagnosing Kondo Effects of Fermionic Alkaline-earth Atoms through a Dipole Oscillation2019

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Goto, Ippei Danshita
    • 学会等名
      Quantum Simulation of Novel Phenomena with Ultracold Atoms
    • 国際学会
  • [学会発表] Bistability of Bose-Einstein Condensates with a Local Loss Term and Pinning Potentials2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kunimi, Ippei Danshita
    • 学会等名
      Quantum Simulation of Novel Phenomena with Ultracold Atoms
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-classical Dynamics of a Dark Soliton in One-dimensional Bose Gases in an Optical Lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ozaki, Kazuma Nagao, Ippei Danshita, Kenichi Kasamatsu
    • 学会等名
      Quantum Simulation of Novel Phenomena with Ultracold Atoms
    • 国際学会
  • [学会発表] 冷却気体系における体積則状態と面積則状態の間の観測誘起型転移2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平,段下一平
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 国際学会
  • [学会発表] 光格子中における遍歴1S0原子・局在3P0原子間スピン交換ダイナミクスのモデル化と数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      後藤慎平, 段下一平, 小野滉貴, 天野良樹, 肥後本隼也, 高橋義朗
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 国際学会
  • [備考] フラストレートした量子磁性体の量子シミュレーション方法を提唱

    • URL

      http://www.news2u.net/releases/168204

  • [備考] 「近藤効果」の厳密な計算機シミュレーションに成功

    • URL

      http://www.news2u.net/releases/167139

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi