近畿大学理工学部物理学コースの量子制御研究室、量子多体物理学研究室、物性理論研究室が合同で運営する量子物理学および量子技術に関するセミナーです。学期中は基本的に毎週水曜日15:00-16:30に開催しています。

今後の予定

2021年度


日時: 2021年10月13日9:00-

教室: 17-402教室 + Zoomでのオンライン配信

発表者1:神田 大樹(量子多体)

題目: イオントラップ系におけるフォノンの超流動現象

概要: 理想Bose気体が転移温度以下になると、Bose-Einstein-condensation (BEC)を起こすことはよく知られている。しかしながら、理想Bose気体は粒子間の相互作用は含まれておらず、Bose気体である冷却原子気体や液体ヘリウムの超流動現象を説明することはできない。BECしたマクロな数の粒子が同じ振る舞いを起こすことに加えて、原子間に斥力相互作用が働くことが、超流動現象を起こす要因となっている。冷却原子気体と液体ヘリウムでは原子間に斥力相互作用が働くため圧縮率が正の値となる。結果として、散乱体がある場合も原子の散乱は起こりにくくなり、マクロな現象として超流動現象が現れる。

一方で今回研究対象とするトラップされたイオン集団では、各イオンの振動状態をフォノン、2つの内部状態を量子ビットとして扱う。この二つがレーザーによる相互作用で結合したとき、この系はJaynes-Cummings-HubbardJCH)模型で記述される。先行研究[1]で、JCH模型で記述されるフォトンが超流動性を持つことが示すとされている。JCH模型は冷却原子や液体ヘリウムとは異なり、Bose粒子間の相互作用はなく、代わりにフォノンと量子ビットのレーザーによる相互作用があり、この効果で超流動性が現れていると予想される。イオントラップ系のフォノンの超流動性の発現機構を明らかにするために、本研究では前述のフォノンの超流動性を調べ、安定性について研究していく。本発表においてはこれまで学んだ超流動現象の特徴を紹介し、冷却原子気体を例として用いてBose粒子間の相互作用と超流動性の関係を解説する[2]。また、トラップされたイオン集団がどのような状況においてJCH模型で記述される量子多体系となるのかを説明する。[3]

[1] Peter Pippan, Hans Gerd Evertz, and Martin HohenadlerExcitation spectra of strongly correlated lattice bosons and polaritonsPhys. Rev. A 80, 033612 – Published 16 September 2009

[2] C. J. Pethick , H. SmithBose–Einstein Condensation in Dilute Gases

[3]占部伸二、「個別量子系の物理―イオントラップと量子情報処理―」


発表者2: 中村 優希(量子多体)

題目: 光ピンセットで配列したRydberg原子集団における表面臨界現象

概要: 近年大きな発展を遂げている量子シミュレーションのうち、Rydberg原子は原子間の相互作用により様々な量子スピンモデルへのマッピングが可能であるため、Rydberg原子系は量子スピン系のシミュレーションのための有望なプラットフォームとして注目されている。2016年に個々に制御された冷却原子の1次元配列が実現されて[1]以来、光ピンセットを用いて規則正しく配列されたRydberg原子系の高い制御性を利用して、量子シミュレーションへの応用研究が進められている。これまでに最大256個の中性原子配列を使用した制御可能な量子シミュレーターが実現されており、これによって新しい量子相やそれに関連する相転移が実験的に示されている[2]。

本研究では量子相転移における表面臨界現象をRydberg原子系で観測する方法の提案をすることを目的とする。表面臨界現象とは臨界性の無いはずの1次相転移においても、界面を調べることで現れる臨界現象のことである。光格子中Bose気体系で表面臨界現象が現れることはすでに理論的に提案されている[3]。しかしながら、光格子系では閉じ込めポテンシャルの非一様のため原子気体の端がぼやけるのに対して、光ピンセットでは原子集団の端が明瞭であるため、Rydberg原子系の方が比較的表面臨界現象の実現に向いていると考えられる。本発表では表面臨界現象をリドベルグ原子系で観測するための第一歩として、縦横磁場Ising模型における簡単な場合での表面臨界現象について記述する準備を行う[4]。具体的には、1次相転移近傍の反強磁性秩序変数の運動を記述するGinzburg-Landau(GL)方程式を導出する。微視的模型から得られる一様系の平均場自由エネルギーおよびスピン波の分散関係をGL方程式のそれらと対応づけることで、GL方程式に現れる係数を全て決定する。

参考文献:

[1] M. Endres et al., Science 354,6315(2016)

[2] S. Ebadi et al., Nature 595,227-232(2021)

[3] I. Danshita et al., PHYSICAL REVIEW A 91, 013630 (2015)

[4] Y. Kato and T. Misawa, PHYSICAL REVIEW B 92, 174419 (2015)


発表者3: 宮井 誠一郎(量子多体)

題目: 2次元量子Ising模型における相関の伝搬速度

概要: 1981年にFeynmanによって興味の対象の量子多体系を制御性の高い別の量子多体系で再現する量子シミュレーションが提唱されてから、今日までにさまざまな量子シミュレーションが実現されてきた[1]。ここ数十年で大きな発展が見られたのが光ピンセットで個別に捕捉したRydberg原子系によるもので[2]、この系を用いて256サイトもの大きなシステムサイズの2次元量子イジング模型が実装されている[3]。この量子シミュレータは特に非平衡ダイナミクスの解析に優位性を持っており、古典計算機で解析できない大きな系の長時間ダイナミクスにアクセスできる。

量子多体系における興味深い非平衡ダイナミクスの一つとして、相関の伝搬が挙げられる。例えば、横磁場量子イジング模型で、あるサイトに摂動を加えると、その影響は有限の速度で広がっていく。この相関の伝搬速度の上限がどれくらいになるかは1次元の場合は厳密に解けるが[4]、2次元の場合は厳密に解くことはできない。

本研究ではRydberg原子系の量子シミュレーションによって実現される2次元量子Ising模型において、スピン波近似に量子補正を加えることで、より正確な相関伝搬速度の目安を与えることを目的としている。本発表ではそのための準備段階として、Rydberg原子集団を用いた量子シミュレーションによって実現される縦横磁場反強磁性Ising模型を紹介する。平均場近似を用いてこの系の秩序相と無秩序相の間の量子相転移を記述し、それに基づいて実際に実験で観測された相転移を定性的に説明する。加えて、1次元横磁場Ising模型における群速度の上限の導出をおさらいする。

[1] Feynman, Richard P. “Simulating physics with computers.” Int. J. Theor. Phys 21.6/7 (1999).

[2] A. Browaeys and T. Lahaye, Nat. Phys. 16, 132 (2020).

[3] S. Ebadi et al., Nature 595, 227 (2021).

[4] S. Sachdev, “Quantum Phase Transitions” (Cambridge University Press, Cambridge, 2011).


発表者4: 數田 裕紀(量子多体)

題目: 光格子中Bose気体の量子シミュレーション遠隔実験に向けて

概要: 2002年に超流動・Mott絶縁体相転移が観測されて以来[1]、光格子中の冷却原子気体の系が盛んに研究されてきた[2]。この系は、パラメータ制御性が高いこと、孤立系であるため冷却原子のコヒーレンス時間が長いことが特徴として挙げられる。これらの特徴を活かして、アナログ量子シミュレータとしての利用が進んでいる。特に、光格子中Bose気体を用いたBose-Hubbard模型の量子シミュレータは、系の平衡状態の性質が比較的単純であるため、非平衡ダイナミクスの研究に適している。

本研究では、京都大学量子光学研究室の量子シミュレータを使用し、古典計算機では精密な解析が難しい以下の二つの非平衡現象の観測を目指す。1つ目は、3次元光格子中Bose原子気体の超流動相におけるHiggsモード[3]、2つ目は1次元トラップポテンシャル中冷却原子の非エルゴード的な振る舞い[4]である。本発表では、1つ目に関して、超流動・Mott絶縁体相転移の近傍にある超流動Bose気体の集団励起の近似的な記述法をおさらいし、この系がNambu-Goldstoneモード(秩序変数の位相揺らぎに対応)とHiggsモード(秩序変数の振幅揺らぎに対応)を持つことを説明する[3]。先行研究[5]で実施された2次元系でのHiggsモードのエネルギーギャップの観測実験を参考にして、量子シミュレータを用いて3次元のHiggsモードを励起して観測する方法について議論する。2つ目に関しては、固有状態熱化仮説[6]についておさらいし、当該系でどのような機構で固有状態熱化仮説を破る振る舞いが現れるのかを考察する。具体的には、相互作用の大きい領域で系が従う有効模型の導出[4]を再現し、その有効模型の観点から非エルゴード的な振る舞いを理解する。

[1]M. Greiner, O.Mandel, T. Esslinger, T. W. Hansch, and I. Bloch, Nature (London) 415, 39 (2002).

[2] I. Bloch, J. Dalibard, and W. Zwerger, Rev. Mod. Phys. 80, 885 (2008).

[3]K. Nagao, “Fluctuations and Non-Equilibrium Phenomena in Strongly-Correlated Ultracold Atoms”, (Springer, Berlin, 2020).

[4] M. Kunimi and I. Danshita, arXiv:2108.01238.

[5] M. Endres, T. Fukuhara, D. Pekker, M. Cheneau, P. Schauβ, C. Gross, E. Demler, S. Kuhr,

and I. Bloch, Narute 487, 454 (2012).

[6] L. D’Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov, and M. Rigol, Adv. Phys. 65, 239 (2016).


日時: 2021年10月27日10:45-

教室: 31-302 + Zoomでのオンライン配信

発表者: 小久保 治哉(物性理論)

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年11月10日10:45-

教室: 31-302 + Zoomでのオンライン配信

発表者: Mikkelsen, Mathias (量子多体)

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年11月17日10:45-

教室: 31-302 + Zoomでのオンライン配信

発表者: 鏡原 大地(量子多体)

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年11月24日10:45-

教室: 31-302 + Zoomでのオンライン配信

発表者: 久木田 真吾(量子制御)

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年12月1日10:45-

教室: 31-302 + Zoomでのオンライン配信

発表者: 金子 隆威(量子多体)

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年12月8日10:45-

教室: TBA + Zoomでのオンライン配信

発表者: TBA

題目: TBA

概要: TBA


日時: 2021年12月22日10:45-

教室: TBA + Zoomでのオンライン配信

発表者: TBA

題目: TBA

概要: TBA


 

過去の講演

2021年度前期

日時:2021年4月14日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:小久保 治哉(物性理論)

題目:Wave pattern formation of quantum Kelvin-Helmholtz instability in binary superfluids

概要:Kelvin-Helmholtz instability (KHI) is an instability of an interface in phase separated two component fluids with relative velocity. Sinusoidal growth appears at the interface over time, forming a large spiral structure by this instability [1]. A Weber number is a dimensionless number defined by the ratio of the inertial force of the fluid to the surface tension. This number can characterize the dynamics of interface growth driven by the KHI [2].

An interface in a superfluid causes a phenomenon similar to KHI, and in fact, it has been studied experimentally in a superfluid He [3]. In a Bose-Einstein condensate (BEC) of ultra cold atoms, the dissipation mechanism can be approximately ignored, and thus an instability phenomenon similar to the dynamic instability in the ideal classical fluid can be seen. The KHI in BECs has been studied theoretically [4].

In this talk, we will show that the pattern forming dynamics caused by the KHI can be classified by the Weber number defined for two component superfluids with a relative velocity. This Weber number(We) can be written the ratio an interface thickness to the wave length of the most unstable mode of the KHI in a superfluid. On We << 1, an interface forms finger pattern. On We >> 1, an interface forms either sealskin pattern or zipper pattern depending on the interface thickness.

[1]Hydrokinetic solutions and observations. Kelvin, Load (William Thomson), Phil. Mag. (4), vol.42, 362-377.
[2]Simulation Of Viscous Stabilization Of Kelvin- Helmholtz Instability. AT Dinh, et al., Advances in Fluid Mechanics III
[3]Shear Flow and Kelvin-Helmholtz Instability in Superfluids R. Blaauwgeers, et al. PRL 89, 155301
[4]Quantum Kelvin-Helmholtz instability in phase-separated two-component Bose-Einstein condensates Hiromitsu Takeuchi, et al. PRB 81, 094517


日時:2021年4月21日9:00-

教室:Zoomによるオンライン配信

発表者:飯ヶ谷 清仁(California Institute of Technology)

題目:Neural principles of subjective value construction

概要:It is an open question how humans construct the subjective value of complex objects (stimuli), such as artistic paintings or photographs. While great progress has been made toward understanding how the brain adjusts the value of objects through reinforcement-learning, little is known about how the value arises in the brain in the first place. Here, we propose and provide evidence that the brain constructs the value of a novel stimulus by extracting and assembling common features. Notably, because those features are shared across a broad range of stimuli, we show that simple linear regression in the feature space can work as a single neural mechanism to construct the value across stimulus domains. In large-scale behavioral experiments with human participants, we show that a simple model of feature abstraction and linear summation can predict the subjective value of paintings, photographs, as well as shopping items whose values change according to different goals. The model shows a remarkable generalization across stimulus types and participants, e.g. when trained on liking ratings for photographs, the model successfully predicts a completely different set of art painting ratings. Also, we show that these general features emerge through image recognition training in a deep convolutional neural network, without explicit training on the features, suggesting that features relevant for value computation arise through natural experience. Furthermore, using fMRI, we found evidence that the brain actually performs value computation hierarchically by transforming low-level visual features into high-level abstract features which in turn are transformed into valuation. We conclude the feature-based value computation is a general neural principle enabling us to make flexible and reliable value computations for a wide range of complex stimuli.

公式には近畿大学大学院総合理工学研究科学際セミナーとして開催。


日時:2021年5月12日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:後藤 慎平(量子多体)

題目:How to make typical(-like) states from product states

概要:Recent improvements of imaginary time evolution algorithm in quantum circuits have triggered the development of an algorithm for simulating quantum many-body systems at finite temperatures [1], which has been considered very difficult even in quantum computations. Such an algorithm uses the random sampling of initial product states to evaluate the trace of operators.
In this talk, we show that the trace evaluation based on the random sampling of initial product states could lead to severe inefficiency in 100-qubit scale systems [2]. In order to resolve the sampling inefficiency, we propose two methods: One is effective in classical computers, and the other is designed for fault-tolerant quantum computers.[1] Shi-Ning Sun et al., PRX Quantum 2, 010317 (2021).
[2] Shimpei Goto, Ryui Kaneko, and Ippei Danshita, arXiv:2103.04515.


日時:2021年5月19日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:久木田 真吾(量子制御)

題目:Heisenberg-limited quantum metrology by collective dephasing

概要:The goal of quantum metrology is the precise estimation of physical parameters using quantum properties such as entanglement. This estimation usually consists of three steps: initial state preparation, time evolution during which information of the parameters is imprinted in the state, and readout of the state. Decoherence during the time evolution typically degrades the performance of quantum metrology and is considered to be one of the major obstacles to realizing entanglement-enhanced sensing. We show, however, that under suitable conditions, this decoherence can be exploited to improve the sensitivity [1]. In this talk, I will introduce a sensing scheme utilizing Markovian collective dephasing. Assume that we have two axes, and our aim is to estimate the relative angle between them. Our results reveal that the use of Markvoian collective dephasing to estimate the relative angle between the two directions affords Heisenberg-limited sensitivity. Moreover, our scheme is robust against environmental noise: it is possible to achieve the Heisenberg limit even under the effect of independent dephasing.

[1]: arXiv:2103.11612 [quant-ph]


日時:2021年5月26日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:近藤 康(量子制御)

題目:Quantum Zeno-effect realized in NMR

概要:A quantum Zeno-effect is a very counter-intuitive phenomenon and illustrates a difference between classical and quantum measurements: The measurements can be performed without disturbing a system of interest in classical mechanics, while it is not the case in quantum mechanics. We discuss a quantum Zeno-effect experiment realized with a standard high precision NMR spectrometer at Kindai University [1].

[1] Y. Kondo, Y. Matsuzaki, K. Matsushima, and J. G. Filgueiras; New J. Phys. 18, 013033 (2016).


日時:2021年6月2日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:金子 隆威(量子多体)

題目:Tensor-network study of quench dynamics of antiferromagnetic correlations in a two-dimensional quantum Ising model

概要:Quantum simulators using Rydberg atom arrays have attracted growing interest owing to rapid technological advances [1]. The Rydberg atom arrays can realize the quantum Ising model, which is a fundamental model in statistical physics. Quench dynamics of antiferromagnetic correlations have been observed in the two-dimensional Ising systems [2,3]. Very recently, the number of controllable atoms has exceeded 200 [4,5]. On the other hand, it is also necessary to confirm the validity of the experimental results by numerical simulations on classical computers. To this end, we have applied the tensor-network method [6,7] using projected entangled pair states (PEPS) [8,9], which can handle infinite two-dimensional systems. We have calculated the real-time evolution of antiferromagnetic correlations in the quantum Ising model when the system is quenched from a disordered state. We have found that the estimated phase velocity is maximized locally near the transition point of the ground state phase diagram.

[1] A. Browaeys and T. Lahaye, Nat. Phys. 16, 132 (2020).
[2] E. Guardado-Sanche et al., Phys. Rev. X 8, 021069 (2018).
[3] V. Lienhard et al., Phys. Rev. X 8, 021070 (2018).
[4] S. Ebadi et al., arXiv:2012.12281.
[5] D. Bluvstein et al., Science 371, 1355 (2021).
[6] C. Hubig and J. I. Cirac, SciPost Phys. 6, 031 (2019).
[7] P. Czarnik et al., Phys. Rev. B 99, 035115 (2019).
[8] T. Nishino et al., Prog. Theor. Phys. 105, 409 (2001).
[9] F. Verstraete, J. I. Cirac, arXiv:cond-mat/0407066.


日時:2021年6月9日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:Mikkelsen, Mathias(量子多体)

題目:Connecting scrambling and work statistics in the interacting harmonic oscillator

概要:The non-equilibrium excitations created by sudden changes in the physical parameters of a quantum system (quenches) are well-described by the work probability distribution which establishes a connection to thermodynamics quantities such as the irreversible work [1]. The work probability distribution is closely related to the delocalisation of the initial state in the eigenspace of the final Hamiltonian. A different measure of delocalisation, namely the dynamic delocalisation of operators in Hilbert space, known as scrambling, has seen a lot of interest for interacting systems in the last 5 years [2]. The scrambling can be quantified by so-called out of-time order correlators (OTOCs). Some specific OTOCs associated with an Ising spin-chain have been measured in an ion setup [3]. Such measurements involve a time-reversal of the Hamiltonian, however, and are therefore very difficult for general continuum systems due to the kinetic energy term.In our work [4] we investigate interacting particles in a harmonic oscillator after a quench of the trapping frequency, utilizing numeric solutions for up to 5 particles and fully analytic solutions for 2 particles. We show that the scrambling of the single-particle canonical operators is closely related to the work probability distribution, particularly that the infinite-time average of the scrambling is proportional to the work fluctuations. Furthermore we show that our results can be extrapolated to N particles. This further elucidates the role of irreversibility, which is closely related to scrambling, in the quench and links the scrambling to an experimentally accessible quantity, namely the work statistics [5] for an important continuum system.

[1] M. Á. García-March, T. Fogarty, S. Campbell, T. Busch, and M. Paternostro, New J. Phys. 18, 103035 (2016)
[2] B. Swingle, Nat. Phys. 14, 988–990 (2018).
[3] M. Gärttner, J. G. Bohnet, A. Safavi-Naini, M. L. Wall, J. J. Bollinger, and A. M.Rey, Nat. Phys. 13, 781–786 (2017).
[4] M. Mikkelsen, T. Fogarty and Th. Busch, arXiv:2009.14478 (2020)
*note that this currently only has the 2-particle solution, will be updated soon.
[5] M. Cetina, M. Jag, R. S. Lous, I. Fritsche, J. T. M. Walraven, R. Grimm, J. Levinsen, M. M. Parish, R. Schmidt, M. Knap, and E. Demler, Science 354, 96 (2016)


日時:2021年6月16日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:段下 一平(量子多体)

題目:Superfluidity of two-orbital Bose gases in optical lattices

概要:Recent experiments have used two-component bosonic atoms in state-dependent optical lattices in order to realize two-orbital Bose gases [1,2]. In this kind of systems, one can induce orbital hybridization by making Rabi coupling between the two internal states of the atom through microwaves [1] or lasers [2]. In this study, we study superfluidity of the two-orbital Bose gases in a situation that one component is delocalized all over the system while the other is localized by a deep optical lattice. We analyze the two-orbital Bose-Hubbard model within the Gross-Pitaevskii mean-field theory and calculate the nonlinear band structure of the energy by using the pseudo-arclength method [3]. We find three different cases with respect to the breakdown of a supercurrent. In one of the cases, when the strength of the orbital hybridization increases, a transition from a superfluid to another superfluid occurs. We discuss how to realize this transition in future experiments.

[1] L. Krinner, M. Stewart, A. Pazmino, J. Kwon, and D. Schneble, Nature 559, 589 (2018).

[2] L. Riegger, Ph.D. Thesis (2019).

[3] M. Kunimi and Y. Kato, Phys. Rev. A 91, 053608 (2015).


日時:2021年6月23日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:鏡原 大地(量子多体)

題目:BCS-BEC crossover of an ultracold Fermi gas in state-dependent optical lattices

概要:Recent experimental developments in ultracold atomic physics enable us to simulate various interesting many-body systems. State-dependent optical lattices make it possible to realize the Hubbard model whose hopping amplitudes depend on atomic internal states [1,2]. Furthermore, one can induce orbital hybridization via Rabi coupling between two internal states by microwaves or lasers [1,2].
In this work, we investigate the superfluid properties of a Fermi gas with attractive interaction in the state-dependent lattices. We consider the so-called Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)-Bose-Einstein Condensate(BEC) crossover phenomena at absolute zero temperature. We discuss how differences in hopping amplitudes and hybridization affect superfluid properties. We also discuss possibilities of realization of breached-pair (Sarma) phase which is suggested to realize in this system [3].

[1] L. Krinner, M. Stewart, A. Pazmino, J. Kwon, and D. Schneble, Nature 559, 589 (2018).
[2] L. Riegger, Ph.D. Thesis (2019).
[3] W. V. Liu, F. Wilczek, and P. Zoller, Phys. Rev. A 70, 033603 (2004).


日時:2021年6月30日10:45-

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発表者:笠松 健一(物性理論)

題目:On truncated Wigner methods for compact U(1) and SU(2) variables

概要:The purpose of this study is to explore real time dynamics of quantum systems described by dynamical variables in compact U(1) or SU(2) groups. We employ the truncated Wigner approximation (TWA), which includes quantum correction to the classical mean-field trajectory, demonstrating it by using a few spin-1/2 system. We also show the formulation of TWA with (winding)number-phase representation, which is useful in our problem.


日時:2021年7月7日10:45-

教室:Zoomによるオンライン配信

発表者:水野 竜太(京都大学)

題目:Development of efficient approximation methods in dynamical mean field theory for multi-degree-of-freedom systems

概要:Although several impurity solvers in the dynamical mean field theory (DMFT) have been proposed, especially in the multi-degree-of-freedom systems, there are practical difficulties arising from a trade-off between costs and applicability. At least in principle, exact methods, such as the continuous quantum Monte Carlo method (CT-QMC)[2] and the exact diagonalization method (ED) [3], have a broad scope of application. However, especially in multi-degree-of-freedom systems, it is not uncommon that we cannot carry out the calculation practically due to its very high numerical costs. On the contrary, the iterative perturbation theory (IPT) [4-6] has a very low numerical cost, although its scope of application is quite limited.

  Given the above, in this study, we provide a new interpretation for IPT from the perspective of the frequency dependence of the two-particle vertices and extended the method such that it can be applied to multi-degree-of-freedom systems [7]. We validated this method by applying it to several models, such as the single-orbital square lattice, the two-orbital square lattice, and the bilayer model, and by comparing it with the numerically exact CT-QMC method. We confirm that our method shows good agreements with CT-QMC. We also propose a simplification of the local two-particle full vertex inspired by the new interpretation of IPT. By using this simplified form of the full vertex, we also develop two low-cost methods to take into account the non-local correlation to DMFT. We apply these methods to the models mentioned above and confirm that our methods can capture important behaviors such as the pseudo-gap. In this talk, we explain the details of the methods and the results.

Reference

[1] A. Georges, G. Kotliar, W. Krauth, and M. J. Rozenberg: Rev. Mod. Phys. 68, 13 (1996).

[2] A. N. Rubtsov, V. V. Savkin, and A. I. Lichtenstein: Phys. Rev. B 72, 035122 (2005).

[3] M. Caffarel and W. Krauth: Phys. Rev. Lett. 72, 1545 (1994).

[4] H. Kajueter and G. Kotliar: Phys. Rev. Lett. 77, 131 (1996).

[5] M. S. Laad et al.: Phys. Rev. B. 73, 045109 (2006).

[6] N. Dasari et al.: The European Physical Journal B. 89, 202 (2016).

[7] R, Mizuno, M. Ochi, K. Kuroki: arXiv:2101.04466


日時:2021年7月14日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:井上拓海(宇宙論研究室)

題目:ニューラルネットワークの学習法

概要:ニューラルネットワークは学習という予め与えられた訓練データを元に最適な重みパラメータを決定することができるという特徴を持つ。学習の基本は学習の指標となる損失関数を最も小さい値を得るように重みパラメータを変えて勾配を更新を繰り返すというもので、その手法には単に扱っている損失関数の数値微分と連鎖律を元にした誤差逆伝播法によるものがある。今発表では、損失関数を指標にした学習の手法である数値微分によるものと、誤差逆伝播法による手法を説明する。また、ニューラルネットワークの学習を行う上で重要なテクニックであるパラメータの更新方法、重みパラメータの初期値の与え方、Batch NormalizationDropout などの現代のニューラルネットワークに使われている技術を説明する。


日時:2021年7月21日9:00-

教室:Zoomによるオンライン配信

発表者:Güngördü, Utkan  (Laboratory for Physical Sciences)

題目:Robust implementation of quantum gates despite always-on exchange coupling in silicon quantum dots

概要:Single spin qubits in SiMOS quantum dots provide a promising platform for scalable quantum computing, owing to well-developed fabrication techniques and suppressed Overhauser effect due to isotropic enrichment, with gate fidelities ultimately limited by charge noise. Although qubit frequencies and exchange coupling strengths are electrically controllable, there can be severe constraints on the range of tunability and bandwidth, leading to always-on couplings and crosstalk. We consider a double quantum dot device working in this regime with always-on exchange coupling [1], and describe how a controlled-Z (CZ) gate and arbitrary one-qubit gates which are robust against charge noise can be implemented by smoothly pulsing the microwave source while eliminating the crosstalk [2]. We find that the most significant deviations from the rotating wave approximation, which are analogous to the Bloch-Siegert shift in a two-level system, can be compensated using local virtual gates. These results can be extended to a linear chain to three quantum dots [3].

[1] W. Huang, C. H. Yang, K. W. Chan, T. Tanttu, B. Hensen, R. C. C. Leon, M. A. Fogarty, J. C. C. Hwang, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. Morello, A. Laucht, and A. S. Dzurak; Nature (London) 569, 532 (2019)
[2] U. Güngördü, J. P. Kestner; Phys. Rev. B 101, 155301 (2020)
[3] D. W. Kanaar, S. Wolin, U. Güngördü, J. P. Kestner; arXiv:2101.08840 (2021)


日時:2021年7月28日10:45-

教室:31号館8F 31-808教室 + Zoomによるオンライン配信

発表者:諏訪みづき(一般相対論・宇宙論研究室)

題目:Schwarzschildブラックホールにおける粒子の軌道半径   ~インフレーション宇宙論におけるブラックホールのダイナミクス~

概要:2019年4月10日に、EHT国際共同研究グループが楕円銀河M87の中心にある巨大ブラックホールの撮影に成功したことを発表した[1]。その結果は、ブラックホール時空における光の振る舞いについて一般相対性理論が予言する通りであった。ブラックホールを記述するうえで最も単純な解は、Schwarzschild時空である。本発表では、球対称真空ブラックホールであるSchwarzschild時空での光の測地線方程式を考えることにより、光の捕獲半径がどのように決まるのかを解説する[2]。そして、質量のある粒子の最小安定軌道(ISCO)の大きさを解説する[3]。

また、Schwarzschild時空は、十分遠方ではMinkowski時空になる漸近平坦時空である。しかし、我々の宇宙は、現在ダークエネルギーにより加速膨張しており、初期にはインフレーションという加速膨張を経験している。こうした加速膨張は、漸近平坦ではなく、de Sitter(ドジッター)時空に漸近していることが分かっている。そのため、宇宙論におけるブラックホールのダイナミクスを理解する上では、背景時空がインフレーションを表すような漸近的de Sitter時空上のブラックホールが重要である。そこで、本発表では、スカラー場のポテンシャルがゆっくり進化するslow-rollインフレーション宇宙論におけるブラックホールについて考察する[4]。

参考文献:

[1] The Event Horizon Telescope Collaboration The Astrophy. J. 875,L1(2019)

[2] 須藤 靖、一般相対論入門[改定版]、日本評論社、2019年9月25日

[3] Ted Jacobson. Where is the extremal Kerr ISCO? Class. Quantum Grav. 28 187001(2011)

[4] R. Gregory, D.Kastor, J.Traschen, Classical and quantum Gravity 35, 155008, (2018)


日時: 2021年10月6日9:00-

教室: 17号館402教室 + Zoomでのオンライン配信

発表者1: 田中 貴之(量子多体)

題目: 冷却原子Bose凝縮系の遠隔実験装置Albertを用いたBogoliubov励起の異常トンネル効果の観測に向けて

概要: 1995年に冷却原子気体からなるBose-Einstein凝縮体(BEC)が初めて実現されて以降、このBECに関して実験・理論の両面から様々な研究が行われてきた [1]。一様系の弱く相互作用するBECは、長波長領域で音波的で短波長領域で一粒子的な素励起を持ち、その素励起はBogoliubov励起と呼ばれる。KaganらはこのBogoliubov励起の斥力ポテンシャルに対するトンネル効果を調べ、長波長領域で励起エネルギーを減少させるとトンネル確率が増大して、エネルギーがゼロになる極限で完全透過になることを示した [2]。これは、エネルギーゼロ極限で完全反射となる一粒子の場合と対照的であり、そのため異常トンネル効果と名付けられた。後続の研究で、異常トンネル効果がBECの超流動性、Josephson効果、自発的対称性の破れなどの重要な性質と密接に関係していることが明らかにされた[3,4]。このように興味深い現象であるにもかかわらず、この異常トンネル効果を実験観測はいまだに達成されていない。

本研究では、ColdQuanta社のクラウド型BECであるAlbert [5]を用いてBogoliubov励起の異常トンネル効果を観測することを目的とする。本発表では、そのために現在までに学習したこととして、初めに希薄 Bose 気体のBECの素励起を記述する基本的な理論であるBogoliubov 理論について紹介する[1]。具体的には、BECの振る舞いを記述するために重要となる定常Gross-Pitaevskii 方程式、さらに Bogoliubov 励起の振る舞いを記述するBogoliubov方程式を導く。次に、Bogoliubov 理論を用いて、δ関数型の障壁ポテンシャルの場合[3,4]におけるBogoliubov励起の透過確率を計算し、異常トンネル効果について説明する。

 

[1] C. J. Pethick and H. Smith, “Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases”, (Cambridge University Press, Cambridge, 2008).

[2] Yu. Kagan, D. L. Kovrizhin, and L. A. Maksimov, Phys. Rev. Lett. 90, 130402 (2003).

[3] 土屋俊二, 物性研究, 94, 2-25 (2010).

[4] 段下一平, 物性研究, 85, 96-125 (2005).

[5] https://bec.coldquantaapis.com


発表者2: 木屋 晴貴(量子制御)

題目: Off Resonance Errorに耐性を持つ複合量子ゲート

概要: 量子制御において,複合量子ゲートとは複数の量子ゲートを組み合わせて制御を行うことで、エラーに対して耐性を持つ量子ゲートを作る手法のことを指す。本発表では系統的なエラーとして主に考えられるもののうちの1つ、Off Resonance Errorに耐性を持つ複合量子ゲートに着目する。今までOff Resonance Errorに耐性を持つ複合量子ゲートはあまり盛んに研究が行われておらず、すでに知られているCORPSE[1]と呼ばれる複合量子ゲートばかりが使用されていた。しらみつぶし的に探索し,多数のOff Resonance Errorに耐性を持つ複合量子ゲートが存在することを確認した。本発表では計算の解説を行い、Off Resonance Errorに耐性を持つ複合量子ゲートの幾何学的意味を議論する。

 
[1] H. K. Cummins, G. Llewellyn, and J. A. Jones, Phys. Rev. A 67, 042308 (2003).

発表者3: 片山 舞人(量子多体)

題目: 光格子を用いてMaple leaf格子中のBose粒子系を実現する方法の提案

概要: 1938年の液体ヘリウム4における超流動性の発見以来、超流動現象に関する理論的、実験的研究は長らく行われてきた。1995 年の冷却原子系におけるボース・アインシュタイン凝縮体の実現によって、超流動現象の研究は再び盛んになっている。この10年間で光格子の高速振動や負の絶対温度を用いてホッピングJの符号を実効的に反転させることができるようになった[1,2]。ホッピング符号反転と三角光格子を組み合わせることで、人工的に幾何学的フラストレーションを持つ系が実現され[1]、それ以来そのような系での超流動現象が盛んに研究されている。ごく最近になって、単一サイト解像度を持つ顕微鏡を搭載した三角光格子系が開発されたように、フラストレーションを持つ量子系の量子シミュレーションは大きな発展を見せている[3,4]。

本研究では、 幾何学的フラストレーションを持つ新規な系として、Maple leaf 格子上の量子スピン系を光格子中の Bose 気体を用いて実現する方法を提案することを目的とする。本発表では、Maple leaf格子の特徴を説明し、格子間隔の異なる二つの三角光格子を重ね合わせることでMaple leaf格子型の光格子を作ることができることを指摘する。一次元鎖と三角格子におけるエネルギーバンド構造の計算方法をおさらいした後に、Maple leaf格子におけるバンド構造を計算する。その結果から、基底状態における波動関数の位相の空間配位を議論する。

 

[1] J. Struck et al., Science, 333, 996 (2011).

[2] S. Braun et al., Science, 339, 52 (2013).

[3] R. Yamamoto et al., New J. Phys. 22, 123028 (2020).

[4] L. Liu et al., PRX Quantum 2, 020344 (2021).


2020年度

2019年度