Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

量子制御 / 量子計測 / 量子断熱定理 / 量子レザバー計算 / 量子測定 / 量子操作 / 量子Zeno効果 / 断熱定理 / 一般化されたGibbs状態 / エンタングルメント / Renyiエントロピー / 量子情報 / 統計力学 / 量子推定 / Maxwellの悪魔

本研究課題の目的は，「量子測定」と「量子制御」をキーワードに，それらが意外ながら本質的な役割を果たすテーマに取り組んで，「量子情報技術」や「統計力学の基礎」に貢献することにある．「量子計測」，「測定による量子制御」，「統計力学の基礎」を柱に研究を推進しており，第4年度の今年度は以下の成果を得た．
■様々な量子制御の手法が「量子断熱定理」に基づいていることを認識し，量子断熱定理の一般化と深化に取り組んでいる．これまでの研究で，定常Markov過程としては一般の量子開放系の時間発展を扱えるように一般化するとともに，量子断熱定理が任意の長時間にわたって成立することを示したが，この知見に基づいて系の保存量の摂動に対する安定性を議論し，有限次元量子系の保存量には摂動に対して安定な保存量と脆弱な保存量があることを明らかにした．これは古典力学系におけるKAM理論の量子力学版と考えることができる．この研究成果はPhysical Review Letters誌に掲載されるとともに，一般向けの紹介記事も2つのサイトに掲載された．
■様々な量子効果や量子過程を活用して計測精度を向上させる「量子計測」に関する研究を行なっている．今年度の研究では，計測過程がノイズの影響を受けてしまう状況でも「量子過程の順序の量子重ね合わせ」によってノイズの影響を抑制しつつ計測することが可能になる例を示し，学会発表した．
■量子多粒子干渉効果がもたらすある種の非線形性によって量子光学回路をレザバーとして機能させる「量子レザバー計算」の可能性を検討した．量子光学回路に入力する光の量子状態のエンタングルメントやエントロピーといった特徴量をレザバー計算で推定・計測できることを示すとともに，それが出力光を検出する検出器の効率や量子光学回路の光子損失，位相緩和に対して頑強であることを示し，学会発表した．

量子ハイブリッド系 / 超伝導量子ビット / 量子情報 / 量子計測 / ナノメカニクス / マグノニクス / 超伝導量子回路 / 強磁性体 / マグノン / ハイブリッド量子系 / 量子力学 / 超伝導 / 集団励起 / 強磁性

対称性の破れに伴って生じる固体中の巨視的集団励起モードの自由度を単一量子レベルでコヒーレントに制御する手法を開拓した。超伝導回路上の量子状態制御技術をツールとして、他の量子系の量子状態制御を実現する量子ハイブリッド系を構築した。超伝導回路上のマイクロ波伝搬モードの量子状態はもとより、強磁性体中の集団スピン励起であるマグノンモードや、ナノメカニカル素子内の集団原子運動であるフォノンモードなどの量子状態を操作し、スクイーズド状態・粒子数（Fock）状態・量子もつれ状態など非古典的状態を自在に生成し観測する手法を開発した。

固体素子中の様々な自由度を量子力学的に制御・観測する手法を開発することにより、固体中の集団励起モードの素励起を直接調べることを可能にするとともに、量子技術の適用領域を拡大し量子情報や量子計測応用への可能性を切り拓いた。

量子観測 / 量子制御 / 量子計測 / 量子情報 / 統計力学 / 熱平衡系 / 非平衡系 / 量子推定 / 量子光学 / 典型性 / 量子干渉 / 対称性の自発的破れ / 非平衡定常状態

量子力学の世界の奇妙さを際立たせる役者の一人である「量子観測」をキーワードに，それが単に「見る」ことにとどまらず，意外なところで本質的な役割を果たす様々な興味深いテーマに取り組んだ．特に，「量子計測」，「量子制御」，「統計力学の基礎」における「量子観測」の役割に焦点を当てて研究を展開し，「量子計測」や「量子制御」に関わる独自のアイデアを追究して「量子情報技術」に貢献するとともに，「統計力学の基礎」に新たな視点を提供した．

量子論基礎 / 量子情報 / 量子観測 / 量子コヒーレンス / 量子制御 / 量子推定 / 量子干渉 / 量子計測 / 量子―古典境界 / 量子測定 / ボース凝縮 / 対称性の破れ / 量子-古典境界 / 超伝導 / 工子観測 / エンタングルメント / 繰り込み

量子と古典の違いを際立たせる様々な要素のうち「量子コヒーレンス」と「量子観測」に焦点を当て,両者が意外な関わりを持って紡ぐ興味深い現象や方法論を追究した.単に,量子コヒーレンスをいかに捉えるかにとどまらず,量子コヒーレンスがいかに発現するか,量子コヒーレンスをいかに制御するかといったところにまで量子観測が重要な役割を果たす.そんなテーマを通じて量子論の奥深い世界に迫るとともに,量子情報技術に貢献する知見を提供した.

【研究協力者】
石川豊史
野口篤史
グロウプアーノ
ラシャンス-キリオンダニー
猪股邦宏
リンツィーロン
山本剛
日高睦夫
オリバーウィリアム

【研究協力者】
中里弘道	早稲田大学	理工学術院	教授	(Kakenデータベース)
BURGARTH Daniel	Aberystwyth University	数学物理学科	Reader
FACCHI Paolo	University of Bari	物理学科	教授
GIOVANNETTI Vittorio	イタリア高等師範学校	物理学科	准教授
PASCAZIO Saverio	University of Bari	物理学科	教授

【研究協力者】
中里弘道	早稲田大学	理工学術院	教授	(Kakenデータベース)
BURGARTH Daniel	Aberystwyth University (英国)	数学物理学科	講師
GIOVANNETTI Vittorio	Scuola Normale Superiore, Pisa (イタリア)	物理学科	准教授
PASCAZIO Saverio	University of Bari (イタリア)	物理学科	准教授