2023 Fiscal Year Annual Research Report
境界条件制御によって切り拓く量子ウォークの新たな応用
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20H01828
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岡本 亮 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小布施 秀明 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50415121)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子ウォーク / 量子光学 / 量子探索 / 量子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、量子ウォークの境界条件について、2次元系において並進対称性を持つヘリカル境界条件に着目、光子を用いた新しい時間発展プロトコルで実現するものである。これにより、量子シミュレーションや、量子探索アルゴリズムの実装といった応用が期待できる。令和5年度は、（１）本研究の花弁状サイトをもつ量子ウォーク系の時間発展の実現、（２）当初の計画よりも簡便なアプローチで時間ステップ数を増やす手法の検討、および（３）本研究の量子ウォークの応用に関する検討の３つの項目に関して研究を進めた。
項目１に関しては、令和4年度に準備を進めていた、花弁状サイトを持つ量子ウォーク系の時間発展部分を完成させた。時間発展部分の基礎となる偏光サニアック干渉計を構築し、高い明瞭度が得られることを確認した。構築した干渉計に、時間発展（空間シフト）の核となるダブプリズムを加えた。様々な入力状態に対し、本研究の量子ウォークに必要な時間発展が実現できることを確認した。
項目２に関しては、当初の計画よりも簡便なアプローチで時間ステップ数を増やす手法を提案、理論的にその有効性を確認した。本研究では、光子を項目１で構築した時間発展部分に繰り返し入力する。この機能は、ビームスプリッタを使って光子が循環する光路を形成することで、当初計画していた光子の動的なスイッチングを用いなくとも、より簡便に実現できる。しかし、一般的な反射率1/2のビームスプリッタを用いた場合、時間ステップ数が増加するにつれ急速に光子が失われてしまう。そこで、目標とする時間ステップ数に対してビームスプリッタの反射率を最適化する理論式を構築した。
項目３に関しては、本研究の量子ウォーク系の応用に関する検討を行った。その結果、当初想定していた量子探索アルゴリズムの実装だけでなく、非エルミートな量子系における相転移現象の観測にも応用できることを見出した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Bose glass and Fermi glass2023
Author(s)
Korekiyo Takahashi, Keiji Nakatsugawa, Masahito Sakoda, Yoshiko Nanao, Hiroyoshi Nobukane, Hideaki Obuse, Satoshi Tanda
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 13
Pages: 12434-1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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