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2023 年度 実績報告書

統計力学による熱平衡化過程の理論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K14615
研究機関東京大学

研究代表者

白石 直人  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30835179)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードゆらぐ系の熱力学 / 可積分系 / 振動現象 / 熱平衡化
研究実績の概要

本年度の研究では、第一に定常状態への緩和過程の途中で生じる振動現象について考察を行った。その結果、強い振動が生じるためにはエントロピー生成が大きくなければいけないという原理限界を導出することに成功した。第二に、非可積分性と熱平衡化についても研究を進めた。次近接ハイゼンベルグ模型という、解ける固有状態が一部存在する重要なフラストレーション・フリー系について、非可積分性の厳密証明を行った。また、より一般の一次元系に対する非可積分性証明の端緒をつかむことにも成功した。熱平衡化については、熱平衡化を厳密に証明できるモデルの構築に成功した。
本研究計画全体では、まず非可積分性と熱平衡化の理解は、想定以上に大きく進めることが出来た。当初目標としていた非可積分性の厳密証明は、複数のモデルで成功させることが出来た。熱平衡化については、その有無が決定不能だという非常に意外な結果が証明された。そのため、一般論ではなく個別具体的な系の熱平衡化の問題を取り組むことにし、具体的な系での熱平衡化の厳密証明に成功した。
ランダム系の緩和とその特徴については、想定程度の進展が出来た。当初の目標である、組み合わせ最適化問題を解くことが難しい疑似ランダム系の具体的構成は達成することが出来た。また、難しい組み合わせ最適化問題に対する量子アニーリングの困難の要因の一つとして有力視されていた量子一次相転移が、実際には困難の要因とはならないことを示すこともできた。
緩和過程の熱力学的特徴の解明は、当初の予定通り、緩和過程では始状態と終状態の距離で散逸の大きさが制限されることを証明することに成功した。また、振動的な緩和過程への制限も得ることに成功した。こうしたゆらぐ系の熱力学に関する成果は、これまでの研究成果とまとめて教科書として出版した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Proof of Avoidability of the Quantum First-Order Transition in Transverse Magnetization in Quantum Annealing of Finite-Dimensional Spin Glasses2024

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Mizuki、Shiraishi Naoto、Hukushima Koji
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Physics

      巻: 191

    • DOI

      10.1007/s10955-023-03223-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluctuation-response relation of time-symmetric quantities around general nonequilibrium stationary state2023

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Naoto
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment

      巻: 2023 ページ: 033207~033207

    • DOI

      10.1088/1742-5468/acbe9a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entropy production limits all fluctuation oscillations2023

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Naoto
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 108

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.108.L042103

    • 査読あり
  • [学会発表] The problem of thermalization in isolated quantum many-body systems2023

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shiraishi
    • 学会等名
      Quantum Thermodynamics 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluctuation-response relation of time-symmetric current around nonequilibrium stationary state2023

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shiraishi
    • 学会等名
      Perspectives on Non-Equilibrium Statistical Mechanics: The 45th Anniversary Symposium of Yamada Science Foundation
    • 国際学会
  • [学会発表] Entropy production bounds (almost) everything2023

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shiraishi
    • 学会等名
      StatPhys28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Alchemy of quantum coherence: Arbitrary amplification in asymptotic and catalytic coherence manipulation2023

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shiraishi
    • 学会等名
      Quantum resources 2023
    • 国際学会
  • [図書] An Introduction to Stochastic Thermodynamics: From Basic to Advanced2023

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shiraishi
    • 総ページ数
      443
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811981869

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公開日: 2024-12-25  

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