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．

孤立量子多体系 / 熱力学第二法則 / リソース理論 / 量子情報 / 情報スクランブリング / 情報熱力学 / 数理物理 / 統計物理 / 量子エレクトロニクス / 量子計算 / 量子カオス / 熱機関 / 統計力学 / 量子コンピュータ

本研究で我々は、量子多体系の非平衡ダイナミクスの研究、とくに熱力学第二法則が量子力学から如何にして創発するかについての理論研究を行った。その結果として、第二法則やその一般化であるゆらぎの定理を量子力学に基づいて理論的に示し、それを数値実験によって検証することに成功した。また、その背景となる固有状態熱化仮説や、その例外である量子多体スカーについての研究も行った。さらに情報スクランブリングや熱力学リソース理論など、量子情報理論を含めた様々な観点から、量子多体系の第二法則の理論研究を行い、成果を得た。

ミクロで可逆な世界の基本法則である量子力学から、マクロで不可逆な世界の基本法則である熱力学第二法則が如何にして創発するかは、物理の基本原理の観点からのみならず、冷却原子気体など孤立量子多体系の制御技術の観点からも重要である。我々は、第二法則が量子力学から創発する機構を理論的に解明したのみならず、量子情報理論など隣接分野のアイデアを取り入れた様々な研究を行った。そうして得られた成果は、量子多体系の非平衡ダイナミクスの理解に大きく貢献し、さらには量子多体系の物理と量子情報理論の境界領域を開拓するのに資するものである。

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．

【研究分担者】
齊藤圭司	慶應義塾大学	理工学部(矢上)	教授	(Kakenデータベース)
田崎晴明	学習院大学	理学部	教授	(Kakenデータベース)
藤井啓祐	大阪大学	基礎工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
伊與田英輝	東海大学	理学部	講師	(Kakenデータベース)

【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