【研究領域課題番号】21K13859 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子多体系 / 非平衡開放系 / 量子光学 / 統計物理 / 機械学習

【研究成果の概要】

本研究の目的は、量子電磁場などの環境自由度と強く結合した量子系を解析するための理論手法を開発し、その応用により新奇な量子相や非平衡ダイナミクスを解明することである。初年度である今年度は、共振器中に閉じ込められた量子電磁場と物質が強く結合した物理系に着目し、任意の結合強度で適用可能な非摂動的枠組みを構築した。光と物質の超強結合領域は量子光学・固体物理・量子化学など幅広い分野で実験的にも実現しており、新奇物性探索の場として近年注目されている。特定の領域/物理系における理論が個別的に提案されてきた一方で、任意の結合領域/セットアップを包括的に記述する理論的枠組みは未だ構築されていなかった。本研究により量子的な光を用いた物性制御の可能性を理解するための枠組みが得られたが、この結果はこれまで精力的に調べられてきた「フロケ制御」の研究とも次の点で相補的である。即ち、後者では古典電磁場を周期外場として物質を駆動しその過渡的な物性変化を探るため不可避的な温度上昇（ヒーティング）が問題となるが、前者では真空量子電磁場環境に基づく制御を行うためこのような問題は生じない。以上の成果は2編の論文としてまとめ、1編はPhysical Review Letters 誌より出版され、もう1編は現在国際誌で査読中であり、また国内外での招待講演やセミナーなどを通しても発表された。一方で、統計物理の研究においても一定の成果が得られ国際誌より論文として出版され、また開放系の物理に関する包括的な概説論文も執筆し、こちらはAdvances in Physics誌より出版された。さらに理論を量子散逸系にも応用し数値的繰り込み群と汎関数繰り込み群を組み合わせることで、これまで論争となっていた基底状態の相図を決定した。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究領域課題番号】19K23424 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子多体物理 / 量子光学 / 非平衡 / 量子多体系 / 非平衡開放系 / 機械学習

【研究成果の概要】

本研究では、冷却原子系や共振器に閉じ込められた量子-光物質系に代表される「人工量子系」を、非摂動的に解析するための手法を開発した。これらの手法を用いることで、特にリュドベルグ状態を用いた非平衡多体系において新奇なダイナミクスを見出し、また共振器物質系においては強誘電転移が光物質結合により生じることを理論的に示した。

【研究の社会的意義】

本研究で構築された理論手法により、これまで解析が困難であったクラスの非平衡多体問題の解明に成功した。また、共振器物質系では量子的な光に誘起された量子相の制御が可能であることを示唆する結果が得られた。これらの成果は未来の新規デバイスあるいは物性制御の可能性を開くものであるとともに、将来の量子情報技術にも波及効果が期待できるものである。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-08-30 - 2022-03-31

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)