冷却イオンのフォノンを用いた量子シミュレータの研究

使用冷却离子声子的量子模拟器研究

• 批准号: 21J10054
• 负责人: 大平 龍太郎
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10054/
• 关键词: 量子シミュレーション; 冷却イオン; フォノン

冷却イオン鎖中のフォノンを用いた量子シミュレーションに必要な要素技術である、(1) 内部状態とフォノン状態の同時測定と (2) ユニタリー発展の時間反転を使ったフォノンの制御方法の開発に取り組んだ。冷却イオン鎖中のフォノンは、その量子状態の制御性の高さからボソン系の量子シミュレーションを実現する物理系として期待されている。その応用例の一つとして、Jaynes-Cummings-Hubbard(JCH)模型がある。JCH模型は、冷却イオンの内部状態とフォノン状態の二つの自由度で記述される。そのため、JCH模型における、量子ダイナミクスを観測するためには、内部状態とフォノン状態で記述される基底での射影測定が必要となる。これまでの研究において、フォノンの個数状態を分解して観測することが実現されている一方で、JCH模型の量子シミュレーションに必要な内部状態まで含めて観測する手法は確立していなかった。そこで本研究では、冷却イオンのフォノンの個数状態を分解して判別する手法に、イオンの内部状態に対して条件付ける手法を組み合わせることで、内部状態とフォノン状態を同時に測ることができる射影測定法を提案した。さらに、実証実験を行いその手法の有用性を確かめた。また、得られた結果を投稿論文としてまとめ国際誌に投稿し、現在査読中である。また、フォノンをベースとした量子シミュレーションを実現する上で、フォノンのダイナミクスをコヒーレントに制御することが重要となる。フォノンの量子ダイナミクスは、各フォノンのモード間相互作用で決定される。つまり、フォノンのダイナミクスを制御するには、いかにしてこのモード間の相互作用を制御するかが問題となる。本研究では、フォノンのダイナミクスの制御のためにユニタリー発展の時間反転を使った手法を提案した。そして実証実験を行い、フォノンのダイナミクスが制御できることを実証した。

Cooling イ オ ン lock in の フ ォ ノ ン を with い た quantum シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に な elements necessary technical で あ る, (1) internal state と フ ォ ノ ン state の simultaneous determination と (2) ユ ニ タ リ ー 発 inverse planning exhibition の time を make っ た フ ォ ノ ン の suppression method の open 発 に group take り ん だ. In cooling イ オ ン lock の フ ォ ノ ン は, そ の quantum state の system royal の high さ か ら ボ ソ ン is の quantum シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be presently す る physics と し て expect さ れ て い る. Youdaoplaceholder0 応 use case 応 1 と と て て Jaynes-cumming-hubbard (JCH) model がある. The JCH model, the cooling tank とフォノ <s:1> <s:1> internal state とフォノ the <s:1> state <e:1> two degrees of freedom で describe される. そ の た め, JCH models に お け る, quantum ダ イ ナ ミ ク ス を 観 measuring す る た め に は, internal state と フ ォ ノ ン account status で さ れ る basal で の projective measurement が necessary と な る. こ れ ま で の research に お い て, フ ォ ノ ン の number state を decomposition し て 観 measuring す る こ と が be presently さ れ て い で る party, JCH models の quantum シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に な necessary internal state ま で containing め て 観 measuring す る gimmick は establish し て い な か っ た. そ こ で this study で は, cooling イ オ ン の フ ォ ノ ン の number state を decomposition し て discriminant す る に, イ オ ン の internal state に し seaborne て conditions pay け る gimmick を group み close わ せ る こ と で, internal state と フ ォ ノ ン state を る に test at the same time こ と が で き る projective measurement を proposal し た. Youdaoplaceholder0, practical experience を, practice そ そ, method <e:1>, usefulness を, confirmation めた めた. Youdaoplaceholder0, obtained られた result を submitted paper と てまとめ てまとめ international journal に submitted に, currently available in 読 である. ま た, フ ォ ノ ン を ベ ー ス と し た quantum シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be presently す る で, フ ォ ノ ン の ダ イ ナ ミ ク ス を コ ヒ ー レ ン ト に suppression す る こ と が important と な る. フ ォ ノ ン の quantum ダ イ ナ ミ ク ス は, various フ ォ ノ ン の モ ー ド interaction between で decided さ れ る. つ ま り, フ ォ ノ ン の ダ イ ナ ミ ク ス を suppression す る に は, い か に し て こ の モ ー の interaction between ド を suppression す る か が problem と な る. This study で は, フ ォ ノ ン の ダ イ ナ ミ ク ス の suppression の た め に ユ ニ タ リ ー 発 inverse planning exhibition の time を make っ た technique proposed を し た. そ し て be card be 験 を い, フ ォ ノ ン の ダ イ ナ ミ ク ス が suppression で き る こ と を card be し た.

项目成果

Evaluating states in trapped ions with local correlation between internal and motional degrees of freedom

利用内部自由度和运动自由度之间的局部相关性评估捕获离子的状态

• 发表时间: 2021
• 作者: Silpa Muralidharan;Ryutaro Ohira;Shota Kume;Kenji Toyoda
• 通讯作者: Kenji Toyoda

Quantum Simulation with Phonons in Trapped Ions

俘获离子中声子的量子模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: 明石 優志;下吉 真実;モクタール アシカン;猪股 雄介;深港 豪;木田 徹也;Ryutaro Ohira
• 通讯作者: Ryutaro Ohira