量子測定と量子制御: 量子情報技術から統計力学の基礎まで
【研究キーワード】
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
【研究成果の概要】
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．
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31
【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)