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量子もつれの境界則に対する新しいメカニズムの発見理化学研究所,慶應義塾大学 研究チーム

 理化学研究所,慶應義塾大学の研究チームは,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)がもつ「量子もつれ」に関する新たな法則を発見したと発表した。
 量子力学に従う粒子系を2つの領域に分けたとき,「領域間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「量子もつれの境界則予想」という。この予想は,これまで粒子間に働く相互作用が小さく粒子が独立に運動しやすい(短距離の相関が存在する)状況では,数学的な証明が存在した。しかし,相互作用の種類や大小によって,境界則成立の可否がどのように左右されるのかは,長年の重要な未解決問題の1つであった。
 今回,同チームは,エネルギーギャップをもつ広範囲の1次元量子多体系の基底状態で,量子もつれが高エネルギー状態よりも小さいことを意味する境界則を証明し,そのメカニズムを明らかにした。これにより,これまで境界則に必要と考えられていた相互作用の短距離性の条件が本質ではないことが示され,長距離まで届く強い相互作用があっても境界則が成立することが初めて明らかになった。
 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計算によるアプローチに新しい知見をもたらし,さらには量子コンピューターや量子機械学習を含む多方面の分野に有用な知見を与えると期待される。

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