2021 Fiscal Year Research-status Report
回路量子電磁力学における人工原子・光子間相互作用の深強結合領域に対する数理的研究
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20K03768
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
廣川 真男 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (70282788)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シュレディンガーの猫風状態 / 仮想粒子 / 実粒子 / 光子 / 回路量子電磁力学 / 一般化されたラビ模型 / 深強結合領域 / ２次の相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２準位原子と１モード光の相互作用を記述する一般化された量子ラビ模型に対し，回路量子電磁力学の実験で実現されているかなり強い深強結合領域と呼ばれる原子・光子間の相互作用を考慮し，２次の相互作用を導入した模型を扱った。昨年度は，この２次の相互作用に起因する仮想粒子から実粒子への転化の可能性を調べたが，今年度は，２次の相互作用と共に１次の相互作用も同時に非断熱的に切った場合に光子が仮想粒子から実粒子へ転化する様子を研究した。転化を調べるため，初期の原子核理論で用いられたメゾン・ペア理論と呼ばれる場の量子論的手法を援用し，さらに固定湧源模型で用いられる手法を援用した。今年度の結果から，２次の相互作用によるものよりも１次の相互作用による転化が主要項を形成する兆候が見えて来た。ただ，この兆候は数理的解析の域を出ず，理論物理学的・実験物理学的に妥当なものかはさらなる議論を要する。特に，ドレスド光子を求めるため，２次の相互作用と１次の相互作用を別々に考え，それらから得られるユニタリ変換を用いたが，この手法と次の場の量子論的手法を比較すべきという結論に至った。それは，一般化された量子ラビ模型の光を多モードにして光の場と相互作用させた模型に対する場の方程式を考え，in-fieldとout-fieldを結ぶS行列を求め，その１モード版として得られるユニタリ変換を考えるものである。これらの比較を最終年度に取り組む。
本研究で扱う，超伝導量子回路で実装する量子ビットは，量子コンピューティングや量子センシングにも用いられる。このとき，ラム・シフトなどの仮想粒子の影響が，コンピューティングやセンシングのデバイスに対してノイズの原因となる。仮想粒子の振る舞いを把握することで，このようなノイズ除去，すなわち，ノイズ・フィルタリングへの応用への入り口が今年度の研究で見えて来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究で目標に掲げた後半に対する取り組みに対し，理論物理学及び実験物理学の専門家との議論を行う機会がかなり制限されてしまったため，想定している手法が初期の原子核理論のメゾン・ペア理論と固定湧源模型に対する手法を合わせて援用するやり方の理論物理学的・実験物理学的不備を明らかにすることが十分出来ず，本研究における物理学的側面における指針検討が十分できなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，２次および１次の相互作用を非断熱的に切った粒子の素過程を想定し，初期の原子核理論の援用を試みたが，次年度はこの方向性の物理学的意義を検討し修正を加え，現代の原子核物理学における知見を取り入れた研究を行う方針である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染症のため，予定していた会議の中止，渡航計画の中止，また，予定していた研究者の招聘が出来なかったため次年度使用額が生じた。次年度は最終年度に当たるため，新型コロナウィルス感染症の影響を受けない，例えば，オンライン開催の国際会議への参加や，影響の無い時期の国内出張による議論を行うために予算を充てる。
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Research Products
(2 results)
