Theoretical study on quantum bit in strongly correlated systems

今年度は電子が局在状態から遍歴状態へ量子的に遷移することで生じる電荷ゆらぎが情報を担う局所的な量子状態に与える影響について明らかにした。電子のスピン自由度は量子ビットを構成する量子多体状態の形成に不可欠な役割を果たすが、その量子状態は局在電子と伝導電子の波動関数の重なりによって生じる局在状態と非局在状態の間の量子的遷移の影響を受ける。このような電子の量子的遷移によって生じる電荷ゆらぎはスピン自由度だけを持つ理想的な量子スピンには存在しないため、実際に局在電子によって量子ビットを構成したときには、この電荷ゆらぎの効果を考慮した解析が必要になる。このような電荷ゆらぎが複数の電子によって構成される量子多体状態の遷移に与える影響を明らかにするため、電荷ゆらぎの大きさを変化させる軌道間遷移の大きさVと局在軌道内の電子数の増加によって生じる斥力エネルギーの大きさUを変化させ、量子多体状態の転移がどのように変化するか調べた。その結果、電荷ゆらぎが大きくなることで、量子状態間の転移に必要になる伝導電子と局在スピンの間の交換相互作用は増大するが、Uが伝導電子のエネルギーバンド幅の2倍程度以上の大きさであれば、電荷ゆらぎの存在自体が量子多体状態の転移を消失させることは無いことが明らかになった。このことより、電荷ゆらぎが存在する一般的な系においても、理想的なスピン自由度だけが存在する理論モデルでの解析が有効であること、さらに、電荷ゆらぎの調整によって転移点の調整も可能になることが明らかになった。

今年度は電子が局在状態から遍歴状態へ量子的に遷移することで生じる電荷ゆらぎが情報を担う局所的な量子状態に与える影響について明らかにした。電子のスピン自由度は量子ビットを構成する量子多体状態の形成に不可欠な役割を果たすが、その量子状態は局在電子と伝導電子の波動関数の重なりによって生じる局在状態と非局在状態の間の量子的遷移の影響を受ける。このような電子の量子的遷移によって生じる電荷ゆらぎはスピン自由度だけを持つ理想的な量子スピンには存在しないため、実際に局在電子によって量子ビットを構成したときには、この電荷ゆらぎの効果を考慮した解析が必要になる。このような電荷ゆらぎが複数の電子によって構成される量子多体状態の遷移に与える影響を明らかにするため、電荷ゆらぎの大きさを変化させる軌道間遷移の大きさVと局在軌道内の電子数の増加によって生じる斥力エネルギーの大きさUを変化させ、量子多体状態の転移がどのように変化するか調べた。その結果、電荷ゆらぎが大きくなることで、量子状態間の転移に必要になる伝導電子と局在スピンの間の交換相互作用は増大するが、Uが伝導電子のエネルギーバンド幅の2倍程度以上の大きさであれば、電荷ゆらぎの存在自体が量子多体状態の転移を消失させることは無いことが明らかになった。このことより、電荷ゆらぎが存在する一般的な系においても、理想的なスピン自由度だけが存在する理論モデルでの解析が有効であること、さらに、電荷ゆらぎの調整によって転移点の調整も可能になることが明らかになった。