2020/09/09
理化学研究所
庆应义塾大学
理化学研究所（理研）革新知能統合研究センター汎用基盤技術研究グループ数理科学チームの桑原知剛研究員と庆应义塾大学理工学部物理学科の齊藤圭司教授の共同研究チームは、量子力学的に運動する多数の粒子系（量子多体系）において、最低エネルギー状態（基底状態）が持つ「量子もつれ」に関する新たな法則を発見しました。
本研究成果は、量子もつれに関する深い理解につながるだけでなく、量子多体系への数値计算によるアプローチに新しい知见をもたらし、さらには量子コンピュータや量子机械学习を含む多方面の分野に有用な知见を与えると期待できます。
量子力学に従う粒子系を二つの领域に分けたとき、「领域间の量子もつれの大きさは、その境界の大きさとほぼ同じである」という予想を「量子もつれの境界则予想」といいます。この予想は、これまで粒子间に働く相互作用が小さく粒子が独立に运动しやすい（短距离の相関が存在する）状况では、数学的な証明が存在しました。しかし、相互作用の种类や大小によって、境界则成立の可否がどのように左右されるのかは、长年の重要な未解决问题の一つでした。
今回、共同研究チームは、エネルギーギャップを持つ広范囲の1次元量子多体系の基底状态で、量子もつれが高エネルギー状态よりも小さいことを意味する境界则を証明し、そのメカニズムを明らかにしました。これにより、これまで境界则に必要と考えられていた相互作用の短距离性の条件が本质ではないことが示され、长距离まで届く强い相互作用があっても境界则が成立することが初めて明らかになりました。
本研究は、オンライン科学雑誌『Nature Communications』（9月8日付）に掲載されます。
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