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2023 年度 実績報告書

リソース理論に基づく量子測定・操作の統一的限界

研究課題

研究課題/領域番号 19K14610
研究機関電気通信大学

研究代表者

田島 裕康  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (60757897)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード量子情報理論 / 対称性 / コヒーレンス / 量子測定 / 量子操作 / リソース理論
研究実績の概要

本研究課題では、非対称性のリソース理論(resource theory of asymmetry)に基づいて、測定や操作の原理的限界を求める研究を計画し、実行した。研究機関を通して、当初の計画をはるかに上回る成果を得ることができたと考えている。これは具体的には以下の成果があげられる。
・まず、当初の目的であるWigner-Araki-Yanase定理の拡張を行い、保存則の下での測定と量子計算ゲートのコストを完全に特定することに成功した。さらに、このWAY定理と、Eastin-Knill定理と呼ばれる誤り訂正符号に対する対称性からの制限を統一し、対称性・不可逆性・量子性の間の統一的制限を得ることにも成功した。この結果は、当初の予定を超えて、ブラックホールや量子熱力学にも適用ができる非常に広範な成果である。
・Resource theory of asymmetryを大きく拡張し、non-iidと呼ばれるクラスの理論を、U(1)対称性について、純粋状態変換に関して完全に完成した。
この様な成果により、期間中にtop conferenceであるQIPにtalk acceptされた他、PRL3本、多数の招待講演(うち一つはAPS march meeting)、及び新聞記事4件の成果を得ることができた。また、この課題の成果によって日本物理学会領域11の若手奨励賞を受賞した。
最終年度は、コロナ禍によって思うように海外出張に行けなくなったこと、予定より論文のpublishが後ろ倒しになったことから、一年延長を申請した。予定通り、複数の論文をPRLおよびquantumからpublishし、そのうちのquantumとPRL一つのopen access feeを本研究費から支出した。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Nanyang Technological University(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      Nanyang Technological University
  • [雑誌論文] Universal Sampling Lower Bounds for Quantum Error Mitigation2023

    • 著者名/発表者名
      Takagi Ryuji、Tajima Hiroyasu、Gu Mile
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 ページ: 210602~210602

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.210602

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Wigner-Araki-Yanase Theorem for Continuous and Unbounded Conserved Observables2023

    • 著者名/発表者名
      Kuramochi Yui、Tajima Hiroyasu
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 ページ: 210201~210201

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.210201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Beyond i.i.d. in the Resource Theory of Asymmetry: An Information-Spectrum Approach for Quantum Fisher Information2023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Koji、Tajima Hiroyasu
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 ページ: 200203~200203

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.200203

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fisher information matrix as a resource measure in the resource theory of asymmetry with general connected-Lie-group symmetry2023

    • 著者名/発表者名
      Kudo Daigo、Tajima Hiroyasu
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 107 ページ: 062418~062418

    • DOI

      10.1103/physreva.107.062418

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Smooth Metric Adjusted Skew Information Rates2023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Koji、Tajima Hiroyasu
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 7 ページ: 1012~1012

    • DOI

      10.22331/q-2023-05-22-1012

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Switching the function of the quantum Otto cycle in non-Markovian dynamics: Heat engine, heater, and heat pump2023

    • 著者名/発表者名
      Ishizaki Miku、Hatano Naomichi、Tajima Hiroyasu
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 ページ: 023066~023066

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.023066

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Wigner-Araki-Yanase定理の発展とその周辺: 対称性がダイナミクスにもたらす普遍的制限2024

    • 著者名/発表者名
      田島裕康
    • 学会等名
      第10回QUATUO研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子ゲートおよび量子熱機関に対するコヒーレンスの影響の研究2024

    • 著者名/発表者名
      田島裕康
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Universal trade-off structure between symmetry, irreversibility and quantum coherence2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Tajima
    • 学会等名
      XV. International Workshop LIE THEORY AND ITS APPLICATIONS IN PHYSICS
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal trade-off structure between symmetry, irreversibility and quantum coherence2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Tajima
    • 学会等名
      Quantum Thermodynamics 2023
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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