Theoretical studies of nonequilibrium open systems using nonperturbative approaches

使用非微扰方法对非平衡开放系统进行理论研究

• 批准号: 21K13859
• 负责人: 蘆田 祐人
• 金额: $ 3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13859/
• 关键词: 量子多体系; 非平衡開放系; 量子光学; 統計物理; 機械学習

前年度の我々の研究で、共振器量子電磁力学系において、電磁場モードが単一でかつ長波長近似が成立する場合に、結合強度が強い極限で両者の量子もつれを漸近的に解けるユニタリ変換の構成に成功していた。第二年度である今年度は、この理論解析を、導波管量子電磁力学系と呼ばれる、連続的かつ複数の量子電磁場モードが物質と強く結合した物理系に拡張した。これにより、非摂動領域に特有な「連続スペクトル中の束縛状態」と呼ばれる特異な固有状態が生じることや、光物質束縛状態の新奇な非平衡量子ダイナミクスが発現することを見出した。さらに、この理論手法を統計・物性物理の基礎的課題であるジョセフソン接合系の量子散逸相転移の問題に応用し、非摂動的な解析を行うことに成功した。特に、数値的繰り込み群と汎関数繰り込み群という二つの独立な非摂動繰り込み群の手法を用いることで系の基底状態の相図を明らかにした。その結果、従来の摂動的な結果とは異なり、今まで非有意と考えられてきた項の非摂動効果により、絶縁体相が実現するパラメータ領域が強く制限されることを明らかにした。また摂動的な開放系である非エルミート系に関しても、例外端状態を非線形領域や3次元系に拡張するなど、一定の新しい成果が得られた。統計物理・機械学習の研究においても今年度は進展があった。特に、実験グループと協力することで、ナノダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いた磁場測定の確度を向上することに成功した。また、深層強化学習を用いた熱平衡量子純粋状態の準備に関する研究も行った。以上の成果は7編の論文としてまとめ、 Physical Review Letters 誌などから出版され、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。

我们在前一年的研究中，在谐振器量子电动力系统中，当电磁场模式为单一且长波长近似成立时，我们研究了一种酉变换，可以在耦合的极限条件下渐近解决两者之间的量子纠缠。实力强劲，配置成功。今年，即第二年，我们将这种理论分析扩展到了一个物理系统，其中连续和多个量子电磁场模式与物质强耦合，称为波导量子电动力系统。结果，我们发现产生了一种独特的本征态，称为“连续光谱中的束缚态”，这是未扰动区域所特有的，并且出现了一种新颖的光学物质束缚态的非平衡量子动力​​学。此外，我们将这种理论方法应用于约瑟夫森结系统中的量子耗散相变问题，这是统计学和凝聚态物理中的一个基本问题，并成功地进行了非微扰分析。特别是，我们利用两种独立的非微扰重整化群方法：数值重整化群和泛函重整化群，阐明了系统基态的相图。结果，我们发现，与传统的微扰结果不同，实现绝缘体相位的参数范围受到被认为不显着的项的非微扰效应的强烈限制。此外，关于非厄米系统（微扰开放系统）也获得了一些新的结果，例如将异常边缘态扩展到非线性区域和三维系统。今年统计物理和机器学习的研究也取得了进展。特别是，通过与实验小组合作，我们成功地提高了利用纳米金刚石中的氮空位中心进行磁场测量的准确性。我们还进行了利用深度强化学习制备热平衡量子纯态的研究。上述结果总结为七篇论文，发表在Physical Review Letters等期刊上，并在国内外特邀讲座和研讨会上发表。

项目成果

差分進化を用いた最適なナノ熱機関の探索

使用差分进化搜索最佳纳米热机

• 发表时间: 2021
• 作者: Mollabashi Ali;Shiba Noburo;Takayanagi Tadashi;Tamaoka Kotaro;Wei Zixia;蘆田祐人
• 通讯作者: 蘆田祐人

Shedding quantum light on quantum materials

在量子材料上发射量子光

• 发表时间: 2022
• 作者: Harada Akira;今野北斗;Yuto Ashida
• 通讯作者: Yuto Ashida

例外表面モードに保護されたトポロジカルレーザー

受特殊表面模式保护的拓扑激光器

• 发表时间: 2022
• 作者: 曽根和樹;蘆田祐人;沙川貴大
• 通讯作者: 沙川貴大

浮揚ナノ粒子アレイの非エルミート物理

悬浮纳米颗粒阵列的非厄米物理学

• 发表时间: 2023
• 作者: 滝本祐也;三輪徹;幡本将史;横溝和樹
• 通讯作者: 横溝和樹

Variational approach for Kondo problem with Quantum LightMatter interaction

量子 LightMatter 相互作用的近藤问题的变分方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Ryusuke Matsunaga;Natsuki Kanda;Yuta Murotani;and Takuya Matsuda;K. Masuki and Y. Ashida;J. Mochida and Y. Ashida
• 通讯作者: J. Mochida and Y. Ashida