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2022 年度 実施状況報告書

強相関系のための量子計算手法の研究と開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K03520
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

関 和弘  国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 研究員 (40708533)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード量子多体問題 / 量子計算
研究実績の概要

近年、量子コンピュータの研究開発が世界中で進められており、同時にその有効な利用法が模索されている。本研究は、量子多体系である量子コンピュータを用いた量子計算が、将来的に量子多体系のシミュレーションに有効に利用できる可能性に任せて、強相関電子系に代表される量子多体系のための量子計算手法の研究と開発を目的としている。その取り組みの一つとして、量子コンピュータを用いた計算により量子多体系の統計力学的扱いを可能にする、ミクロカノニカル集団のための量子古典ハイブリッド計算法を提案した。この方法は、与えられたエネルギーを近似的に期待値としてもつ状態(ミクロカノニカル集団に対応する純粋状態)を、時間発展させたランダム状態のフーリエ変換により得るという考えに基づいており、このフーリエ変換における時間積分範囲のカットオフに相当する時間パラメタの逆数がミクロカノニカル集団のエネルギー殻の幅を定めている。計算の具体的な手順としては、ユニタリデザインに基づき用意したランダム状態に関して時間発展演算子および時間発展演算子とハミルトニアンの積の期待値を量子コンピュータで計算し、それらの期待値に関する時間積分等の処理を古典コンピュータで行うことで、エントロピーや 温度等を得ることを想定している。スピン1/2ハイゼンベルク模型を例として、本提案手法で用いる量子回路の具体例やその古典シミュレーション結果を取りまとめて、論文として発表した。

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

量子コンピュータを用いた計算により量子多体系の統計力学的扱いを可能にする量子古典ハイブリッド計算法を提案し、その提案を論文にすることができたから。

今後の研究の推進方策

今後は古典コンピュータを用いたシミュレーションだけでなく、量子コンピュータ実機を用いた実証実験を取り入れて研究を推進したい。

次年度使用額が生じた理由

コロナウイルス感染症拡大防止の方針に倣い出張で使用する予定だった旅費を使用しなかったため。次年度は情報収集と成果発表を目的とした出張を行い、そのための旅費を次年度使用額の主な使い道にすることを計画している。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

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 2件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Monte Carlo study of cuprate superconductors in a four-band d-p model: role of orbital degrees of freedom2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroshi、Shirakawa Tomonori、Seki Kazuhiro、Sakakibara Hirofumi、Kotani Takao、Ikeda Hiroaki、Yunoki Seiji
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 35 ページ: 195601~195601

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc0bf

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy-filtered random-phase states as microcanonical thermal pure quantum states2022

    • 著者名/発表者名
      Seki Kazuhiro、Yunoki Seiji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: 155111-1/21

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.155111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variational counterdiabatic driving of the Hubbard model for ground-state preparation2022

    • 著者名/発表者名
      Xie Qing、Seki Kazuhiro、Yunoki Seiji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: 155153-1/12

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.155153

    • 査読あり
  • [学会発表] ミクロカノニカル集団のための 量子古典ハイブリッド計算法2023

    • 著者名/発表者名
      関和弘
    • 学会等名
      量子物理学・ナノサイエンス第353回セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] ミクロカノニカル集団のための量子古典ハイブリッド計算法2023

    • 著者名/発表者名
      関和弘
    • 学会等名
      物性研究のための量子アルゴリズム最前線
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum-classical hybrid algorithm for microcanonical ensembles2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Seki
    • 学会等名
      Quantum Many-Body Systems In and Out of Equilibrium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum-classical hybrid method for microcanonical ensembles2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Seki
    • 学会等名
      Workshop on Quantum Simulation Research
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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