Research projects

近年の量子計算機や量子情報理論の急速的な進展によって、量子計算もしくは関連する計算手法（特にテンソルネットワークに基づく手法）を素粒子・原子核物理学、すなわち、場の量子論的な系の問題へと応用する試みが注目を集めている。本研究は場の量子論の中でも特に宇宙初期や高エネルギー重イオン衝突実験の物理で重要になるゲージ理論の時間発展を計算するための量子計算手法の開発を行う。簡単な非平衡問題に関して開発した計算手法を超伝導型量子計算機を使って実際に実行することで、手法の開発に留まらず、より将来的な応用へと繋がる実践的な研究を行うことを目標とする。

To overcome the limitations of conventional Monte Carlo methods in tracing how protons and neutrons emerged from the quark-gluon plasma of the early universe and in probing the interiors of high dense Matter such as neutron stars, we developed a new Hamiltonian-based framework and achieved the following results: Real-time simulations on small lattices revealed that thermalization occurs within the short Boltzmann time scale. By reformulating gauge theories with quantum groups, we validated the method's reliability through direct comparison with Monte Carlo data. Applying the density matrix renormalization group to (1+1)-dimensional finite-density systems, we determined the equation of state.

QCD相構造，特に高密度QCD相の理解は大きな未解決問題でありその解明は，ハドロン物理の大きな目標のひとつである． 理論的には非摂動的解析に困難があり，高密度QCD相の理解を進展させるには既存の解析手法及び発想とは異なるアプローチが不可欠である． 近年進展が著しい一般化対称性は非摂動的アプローチとして有力視されている方法であり，一般化対称性を用いて高密度QCDの問題に挑む． 特に，位相欠陥のような広がった物体に注目し，その上の新奇な相転移や，輸送現象の解明を通じて高密度QCD相の相構造の解明に挑む．

We experimentally found a chirality-driven collective motion in active matters, and revealed the microscopic mechanism based on a agent-based model. Through quantitative comparison between experiments and numerical simulations based on a agent-based model, we construct a method to determine parameters of a agent-based model from experimental observables and make a theoretical prediction based on the agent-based model obtained from experiments.

本年度は、媒質中のQCD和則ついての研究を行った。昨年度までの研究をより一般の場合、特に有限温度、有限密度の場合に拡張し、その拡張した和則の現象論的応用を行った。これまでに得られた成果を論文にまとめているところであり、今後、論文を投稿する予定である。 また、交付申請書に記載されていない研究をいくつか行い、成果を論文にまとめて発表した。南部-ゴールドストーンボソンの一般論についての研究を行い、論文を2件投稿した。これらについてはすでに出版されている。一つ目の論文では、有限温度、有限密度中での、南部-ゴールドストーンボソンの分散の計算、特に分散の虚部の振る舞いを解析し、有限温度媒質中での南部-ゴールドストーンボソンの長波長での振る舞いを一般的に議論した。もう一つの論文では、時空対称性を含むより一般の場合についての弾性変数の数勘定の定理を議論した。また、強い電場中でのシュウィンガー効果についての論文を1件投稿した。これもすでに出版されている。確率過程量子化に基づくシュウィンガー効果の解析方法を構成し、簡単な例を用いて構成した方法が実際にうまく使えることを実演した。今後、構成した方法を用いて、重イオン衝突や物性実験を解析する研究を行う予定である。 他にも、非一様な閉じこめ相転移や、複素ランジュバン法を用いた量子渦の生成の第一原理的計算、さらに、相対論的流体力学の場の量子論からの導出に関する研究など3件を論文として投稿した。

本年度は、非平衡量子開放系における自発的対称性の破れ、特に、南部-ゴールドストーンモードの研究を行った。南部-ゴールドストーンモードは自発的対称性の破れに伴い普遍的に現れるギャップレスモードであり、対称性の自発的に破れた系の低エネルギーダイナミクスを決定する。本研究では、時間的に振動する凝縮を伴う非平衡定常状態について、その低エネルギーダイナミクスを南部-ゴールドストーンモードを通じて解析した。 近年、時間結晶と呼ばれる時間並進対称性が自発的に破れた量子物質の存在が理論的に提案され、いくつかの系においてその実験的な検証がなされている。南部-ゴールドストーンモードは連続的な対称性が自発的に破れれば一般的に現れるため、時間結晶においても南部-ゴールドストーンモードが現れると期待される。我々はヴァンデルポール振動子と呼ばれる力学系を場の理論的な系に一般化し、非平衡定常状態における時間周期解とその周りの摂動を調べた。その結果、時間並進対称性が自発的に破れた解の周りでは時間並進対称性を復元する力学的自由度に結合するゼロモード、つまり、時間並進対称性の自発的破れに伴う南部-ゴールドストーンモードが必ず現れることを発見した。さらに、時間並進対称性と内部[U(1)]対称性が非可換的に破れる系を理論的に構成することで、保存系では現れないタイプの（過減衰を起こした）南部-ゴールドストーンモードが時間結晶では現れることを示した。