【速報】京大など、光格子量子シミュレータを用いて反強磁性の相関の観測に成功

1: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:46:02.42 ID:8Xtd1zLK0

京都大学(京大)は9月8日、理論モデル「SU(N)ハバードモデル」の量子シミュレーションの先駆けとして、反強磁性の相関(結晶格子中で隣り合う電子のスピンが違う向きに配列しようとする傾向)を観測することに成功したと発表した。

同成果は、京大大学院 理学研究科の高橋義朗教授、同・田家慎太郎助教、同・高須洋介准教授、米・ライス大学のKaden Hazzard教授らの国際共同研究チームによるもの。詳細は、英科学誌「Nature」系の物理学全般を扱う学術誌「Nature Physics」に掲載された。

「磁石が鉄を引きつける」という身近な物理現象から始まる磁性について理解するには、本質的には量子力学が必要とされている。しかも、無数の粒子が相互作用する「多体問題」でもあることから、非常に難解なことが知られている。

磁性や超伝導の発現に不可欠な役割を担うのが、電子の持つスピンである。これは通常、SU(2)と呼ばれる対称性を持っていて、最も単純な表現は矢印の↑と↓や、コインの表裏に例えられる2つの状態を持つ。つまり、格子に並んだスピンの向きがどんな条件でどんなパターンになるのかを解明するのが、磁性の問題といえる。

ここで、スピンの取れる状態の数を任意のN個に増やしたらどうなるのかという発想から生まれたのが、SU(N)ハバードモデルだという。今回の研究ではSU(6)対称なモデルが扱われており、これはさながら格子上に並んだサイコロの出目のパターンを考えることと似ているという。

ハバードモデルにおいて、格子点1つあたり1個の電子が存在するような密度では、低温で反強磁性の状態が実現することが知られている。この状態は密度を少し増減させることで高温超伝導が現れるなど、さらに興味深い状態の母体となっているため、反強磁性の兆候を捉えることは極めて重要だ。そこで研究チームは今回、SU(N)ハバードモデルとして初めて、反強磁性を確認することを目指して実験を行うことにしたという。

引用元: ・https://eagle.5ch.net/test/read.cgi/livejupiter/1663055162/

2: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:46:33.14 ID:8Xtd1zLK0

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京大など、光格子量子シミュレータを用いて反強磁性の相関の観測に成功
京大など、光格子量子シミュレータを用いて反強磁性の相関の観測に成功
2022/09/09 16:00
著者：波留久泉

京都大学
シミュレーション
量子技術
目次
1
2
量子シミュレータとは、モデルをそっくりそのまま再現する現実の物質系を用意して実験することで理解しようとするものである。今回の研究では、量子シミュレータとして光格子が採用された。光格子は、レーザー光の干渉が作る規則正しいパターンに多くの原子を閉じ込めることができ、不純物がなく制御性に優れていることが特徴。また、光格子はハバードモデルを正確に再現することから、磁性や高温超伝導の量子シミュレータの開発を目指して、以前から活発に研究が行われているという。

特筆すべき点として、光格子に導入する原子を適切に選ぶことで、SU(N)対称なハバードモデルも実現することが可能だとする。今回の研究では、イッテルビウム(Yb)原子の同位体の1つである「173Yb」を用いることで、SU(6)ハバードモデルが実現された。

光格子は一般的な固体物質とまったく異なる物理系であるため、状態を観測するために独特な手法が用いられる。磁性を調べる第一歩は、隣り合うスピンがどのような状態になっているかを知ることであり(最近接相関)、同じ状態のスピンが隣に来やすい場合は強磁性的、異なるスピンが隣りに来やすい場合は反強磁性的な相関があるという。

https://i.imgur.com/b4RvTte.jpg

3: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:47:37.97 ID:zyGhuNkq0

頭良さそう

4: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:47:57.11 ID:O4tuo3Gh0

ふーん。いいじゃん

5: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:48:04.96 ID:UqanYVnO0

東大最高！

6: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:48:27.54 ID:8Xtd1zLK0

前者は「スピン三重項」、後者は「スピン一重項」という量子力学的な状態と結びついているが、光が作る仮想的な磁場によって、この2つの状態間を振動させる手法で、どちらの傾向が強いかを調べることが可能だという。今回は1次元、2次元、3次元の結晶格子に対してこの測定が行われ、SU(6)対称なハバードモデルに従う系で強い反強磁性的な相関を観測することに成功したという。

SU(N)ハバードモデルは現実の物質で実現することが稀であることから、純理論的な存在とみなされてきた面もある。それが今回、SU(N)磁性の量子シミュレーションとして確かな成果が得られたことから、理論・実験の両面において研究の活発化が進むと思われると研究チームでは説明するほか、これまでにない新たな物質の状態について理解が進むこと、そして、得られた知見がなじみ深いSU(2)ハバードモデルの研究にもフィードバックされることが期待されるともしている。

一方、光格子量子シミュレータに共通する現状の課題としては、真に興味深い物理現象が見られる極低温までの冷却が難しいという点が挙げられている。今回の研究では、理論計算との比較によって、これまでの光格子ハバードモデルで報告されている温度よりも、さらに低温が得られていることが示されているとのことで、このことから、SU(N)ハバードモデルだけでなく、光格子による量子シミュレーション全体において、大きな進歩が得られたと考えているとしており、今後は、これらの成果を踏まえて、さらなる低温で実現される秩序状態がどのようなものか、実験的に解明することを目指して研究を進める予定としている

7: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:48:54.02 ID:FFNnRRt0d

ふーんなるほどね
なかなかやるじゃん

9: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:49:18.24 ID:fBpjlno2a

>>7
この価値を分かってなさそう

11: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:49:56.85 ID:IwztCptN0

>>9
お前は？

14: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:50:22.41 ID:fBpjlno2a

>>11
分かるわけねーだろ

8: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:48:55.83 ID:fBpjlno2a

これは革命といってもいい
飛躍的に進歩するだろうね

10: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:49:41.55 ID:J1EPSQi9p

問題はここからなんだよな

12: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:50:00.68 ID:fBpjlno2a

>>10
ほんまそれ

13: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:50:12.82 ID:IXZRFPmd0

なるほどわからん

15: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:50:57.02 ID:bzwd5fzd0

よっしゃあああああああああああああああああああああああああああああ

16: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:50:59.16 ID:nK8S9GKV0

あーね
わかるわ

17: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:51:16.60 ID:zoeAqup90

SU(N)ハバードモデルとかいうのは
仮想的なものかと思いきや
実際に観測できたってどういうことなん？
結晶中やとスピンが2通りより多い状態になるかのような状態が作れるってことか

18: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:51:17.86 ID:VuDlQAcj0

なるほどね
つまりそういうことね

19: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:52:40.13 ID:SrqkD/Sm0

つまり世界は闇のエリートが牛耳ってる

20: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:52:47.70 ID:qcqH71dT0

9月8日に京大が何か発表したということは完璧に理解した

21: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:53:06.95 ID:zoeAqup90

一応ググったぞ
記事にはこういう情報を盛り込んでほしいもんだ
光格子と呼ばれる周期的なポテンシャルにナノケルビン台の極低温原子気体を導入し
た系(図 1)を用いた量子多体系の量子シミュレーションの研究を挙げることができる 1)。ここで，制御
性のよい量子系を用いて別の量子系をシミュレートすることを，ファインマンに倣い，量子シミュレー
ションと呼んでいる。光

26: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:55:35.47 ID:dt6aW45c0

>>21
低温状態を使うと複雑な量子多体系もシミュレーションしやすくなるってことか

29: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:56:23.43 ID:nK8S9GKV0

>>21
はえー

38: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:04:25.69 ID:t3O9KEN60

>>21
めっちゃ速そうな回線業者やな

22: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:53:12.18 ID:HWShUFHD0

なんか強そう

24: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:54:13.85 ID:dt6aW45c0

これでも研究者からしたら相当わかりやすく解説はしてくれてるんだろうな

25: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:54:52.80 ID:EeHFxZ+Sp

で磁性体と同じようなモデルを光で作ってなんのメリットがあるんだ？
しかもSU(6)なんて元々ほぼ存在しない状態だし

30: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:56:37.08 ID:dt6aW45c0

>>25
磁性体そのものについて理解するための基礎研究だから
都合のいい物質として使ってるだけやろ

34: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:59:16.56 ID:zoeAqup90

>>30
ワイがひっかかるのは
模擬できない部分に現象の本質がもしもあった場合
一方を他方になぞらえることが却って本質の攫み損ねに繋がらんのかなあ？という点や

36: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:00:37.72 ID:dt6aW45c0

>>34
元が非常に難解であるわけやから
わかりそうな部分からすすめていくしかないんちやんう

27: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:55:44.51 ID:xFXG1oBT0

つまり反重力ストーム撃てるん？

28: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:55:58.41 ID:zoeAqup90

しかし量子多体系を扱っているのなら
それは結局量子多体系なのでは？
それ自体は意義あると思うけど
わざわざ仮想的なSU（N）みたいなモデルで理屈付けする意義はなんなんだろうか

32: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:57:44.86 ID:dt6aW45c0

>>28
モデル化したもので理論的に解き明かせたら磁性体そのものの解明につながるってことやろ

31: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:56:42.32 ID:9EPRIJjT0

やっぱりな

33: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 16:58:13.86 ID:+MajFwAY0

京大の株買ってたワイの勝ち

35: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:00:11.66 ID:dd1UdbWOp

トンキン大ってほんとこういうのないよな～w

37: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:01:21.69 ID:zoeAqup90

ああでも将来的な実験のための材料にはなるな
将来的に技術的に確認できるようになった時に
違ってたら違ってたで意味があるし

46: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:10:00.14 ID:BrJ2t1Hm0

>>37
頭弱そう

39: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:04:43.20 ID:RvY/8DdO0

つまり？

40: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:06:32.05 ID:/Okkcety0

つまり人類は滅亡すんの？

41: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:07:19.41 ID:x+XnXhLR0

なるほどねー

42: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:07:38.66 ID:pxU8GrJ80

反強磁性のスピンを電気的に制御して光格子によって観測出来る様になったとすると、半導体チップをより綿密に集積できて外からの影響もシャットアウトできるからAIがより賢くなるんや

47: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:11:03.71 ID:BrJ2t1Hm0

>>42
つまり簡潔に要約すると反強磁性のスピンを電気的に制御して光格子によって観測出来る様になったとすると、半導体チップをより綿密に集積できて外からの影響もシャットアウトできるからAIがより賢くなる。と言う事か？

51: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:18:59.05 ID:pxU8GrJ80

>>47
反強磁性というのはつまり隣り合う電子のスピンが互いに反対向きに並ぶという事や
反対向きに並ぶとお互いが力を打ち消し合うから磁力は持ってるのに磁石としての性質を示さないという状態になる
そのままだと全く使い物にならんが、これを極低温で電気的に制御することである物質に対して磁石としての性質を発現させたり消したり出来るようになる
このスピンの動きを光格子で閉じ込めて観測したでーってのが今回のこの研究や
観測出来るようになればスピン一つ一つを管理するより精度の高い制御が可能になるから半導体チップの集積やAIのエネルギー効率がより上がる
せやからAIがもっと賢くなるんや

43: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:07:44.02 ID:ro5yrxNn0

へえ
それワイが20年前に観測したやつやんw

44: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:08:14.69 ID:5Tgn+1sh0

わかるわかる

45: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:09:33.72 ID:0LCWkW1j0

マジかよこれはすごい進歩だな

48: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:15:41.38 ID:CLMIpdyb0

でもワイが童貞なのは変わらんやん

49: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:16:28.79 ID:BrJ2t1Hm0

実験結果は難しいが、人類生産性的考察するなら磁性をコントロールする事による量子コンピュータが出来た時、現在のbit量子コンピュータを上回る物が出来る訳ね。

そして、近未来におけるアルゴリズムが支配するネット世界のプラットフォームを制するために我が国も国家的に開発してるわけか

中国にすんごい遅れとってるようだけど。

違うか？エロい人

55: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:30:16.86 ID:pxU8GrJ80

>>49
発展云々というより研究費を注ぎ込んでるのがアメリカと中国
日本は政治家がアホやから予算カットした
とはいえこういう分野は突如現れた1人の天才がとんでもない着想で一気にゲームチェンジを起こしたりする可能性があるから
どこが進んでる、どこが遅れてるってのは実質的に無い
ずっとコツコツ取り組んで大きく発展さるような発想が生まれるかどうかの闘いや

50: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:17:07.45 ID:aD46gxCnd

やっぱりそうだったか

52: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:22:15.91 ID:lLe5swAC0

実は人間の脳でも同じことやってるんやで～って話だっけ

53: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:24:35.23 ID:KIGOheE80

数年前にスピンのモデルでノーベル物理賞学とった人おったな
スピンモデルって現実的な0/1最適化にモロに使えるから今めちゃくちゃアツいんやで
意外と東北が強いはず

56: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:31:33.99 ID:9Z2NxaY5a

フンッおもしろい

57: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:32:16.02 ID:nBZLiFcga

次はフレミングの法則や光学異性体の仕組みも解明してくれ

58: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:37:38.14 ID:MgdOcjE0d

シミュレータで量子状態って再現できるもんなのか？
シミュレータの実装が間違ってたらあかんと思うんやが

59: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:38:12.45 ID:YYMO+r6t0

でもこれってシュミレーションの中での話ですよね

54: 風吹けば名無し 2022/09/13(火) 17:29:52.93 ID:2VVQ+y4Hp

んまぁそう、よくわかんなかったです