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相転移

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1: 2016/10/22(土) 12:09:58.75 ID:CAP_USER
共同発表:光を使って難問を解く新しい量子計算原理を実現
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20161021/index.html


ポイント
測定フィードバックによる波束の収縮によりトリガーされる相転移注1)を動作原理とする新たな量子計算スキームを提案。
全結合を施した光パラメトリック発振器群を用いて、この新しい計算機「量子ニューラルネットワーク」を実現。
ノード数2,000の組合せ最適化問題の解探索に成功し、現代コンピュータを凌駕する性能を実証。
計算創薬、通信ネットワークの最適化、圧縮センシング、深層学習など、実社会における組合せ最適化問題への適用が今後期待される。


内閣府 総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の山本 喜久 プログラム・マネージャーの研究開発プログラムの一環として、日本電信電話株式会社(東京都千代田区、代表取締役社長 鵜浦 博夫 以下、NTT) NTT物性科学基礎研究所 量子光制御研究グループの武居 弘樹 主幹研究員、稲垣 卓弘 研究員らのグループと、情報・システム研究機構 国立情報学研究所(東京都千代田区、所長 喜連川 優 以下、NII)情報学プリンシプル研究系の宇都宮 聖子 准教授、Peter McMahon 研究員らのグループは、現代コンピュータでは効率よく解くことが困難とされている組合せ最適化問題の解を高速に求める「量子ニューラルネットワーク」を実現しました。

インターネット、電力ネット、センサネットなど、社会を構成する様々なネットワークが大規模化・複雑化する現在、リソースの最適化が重要な課題となっています。これらの課題の多くは組合せ最適化問題と呼ばれる、現代コンピュータが苦手とする数学的問題に帰着することが知られています。量子ニューラルネットワークは、光パラメトリック発振器と呼ばれる新型レーザの発振振幅を用いてスピン注2)を表した時、相互作用する多数のスピンが全体のエネルギーを最低とするようなスピン配列で発振する現象を利用して、組合せ最適化問題の解を探索するものです。今回、各光パラメトリック発振器の振幅を光ホ◯ダイン検波器で測定し、得た情報を帰還する「量子測定フィードバック」を実装することで、全ての光パラメトリック発振器間の結合が可能な量子ニューラルネットワークを実現しました。これにより、最大2,000ノード・200万結合の大規模組合せ最適化問題の解探索に成功し、現代コンピュータ上で動作する既存アルゴリズムを凌駕する性能を示しました。今後、創薬、無線通信、圧縮センシング、深層学習といった実社会の様々な組合せ最適化問題への本成果の適用が期待されます。

本研究は、NIIの河原林 健一 教授、東京大学の合原 一幸 教授、大阪大学の井上 恭 教授、スタンフォード大学のMartin Fejer 教授の研究グループと共同で行ったものです。本研究成果を記述した2編の論文は、2016年10月20日13時(米国東部標準時)発行の米国の科学誌「Science」のオンライン速報版で同時に公開されます。

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引用元: 【量子情報科学】光を使って難問を解く新しい量子計算原理を実現 量子ニューラルネットワークの開発 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/10/18(火) 21:50:02.06 ID:CAP_USER
【プレスリリース】原子核での形の量子相転移とスーパーコンピュータ「京」による シミュレーション | 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/51375
https://research-er.jp/img/article/20161018/20161018165140.png


発表のポイント
•原子核のようなミクロな物体で相転移(注1)が起こるかどうかが謎であったが、ジルコニウムのアイソトープで中性子の数の変化に呼応して量子相転移が起こることを理論的に発見した。
•スーパーコンピュータ「京」(注2)等を用いての大規模な数値シミュレーションにより、最大で10の23乗次元の行列対角化に相当する殻模型計算(注3)を行い、実験データの特異性を初めて再現し、第2種殻進化(注4)が量子相転移(注1)の源であることを解明した。
•量子相転移が起こる直前の様子が実験により示され全体像を明確化した。


発表概要

東京大学大学院理学系研究科の大塚孝治教授、富樫智章特任助教、角田佑介特任研究員、及び、清水則孝特任准教授らの研究グループは、文部科学省ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」(注5)のもとでスーパーコンピュータ「京」等を用いた、原子核の陽子—中性子多体構造に関する大規模数値シミュレーションを進めており、本研究の計算科学面はその成果の一つ。さらに日独共同研究で、ドイツのダルムシュタット工科大学で実験が行われ、日本は理論面で参加し、同時に連続論文で発表する。

相転移は無限とも言っていい位多数の粒子からなるマクロな系で見られる現象である。それに比して、数十個の粒子(今の場合は陽子と中性子)だけから成るミクロで量子的なシステムで、量子相転移という本質的には同様の現象が起きることを示した。このような相転移が起こるためにはマクロな系とは異なるメカニズムが必要であり、それが東大からのオリジナルな発信である第2種殻進化であることも示した。このようにして、世界でどこも成功していなかった、原子核での量子相転移の発見の論文を出版し、さらには、そこに至る道を見せたもう一篇の日独共同の実験論文も続いての同時出版となった。「京」のようなスパコンによって初めて可能になる大型シミュレーションの重要性を示すものでもある。

本研究は、文科省HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」、ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」、および計算基礎科学連携拠点(JICFuS)のもとで、理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」などを利用して得られたものである(課題番号:hp150224、hp160211)。日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究(A)23244049 からの支援も受けた。

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引用元: 【原子核物理学】原子核での形の量子相転移とスーパーコンピュータ「京」による シミュレーション [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/10/11(火) 21:27:16.89 ID:CAP_USER
【プレスリリース】光子と人工原子から成る安定な分子状態を発見 ~ 光と物質を操る量子技術に新たな可能性を拓く ~ | 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/51023
https://research-er.jp/img/article/20161011/20161011100729.png


ポイント
•超伝導人工原子に光子がまとわり付いた全く新しい安定な分子状態を発見
•40年以上論争が続いてきた原子物理の問題に明快な答えを提供
•より安全で省エネな通信や超高精度原子時計開発など、量子技術分野進展への貢献に期待


NICTは、日本電信電話株式会社(NTT、代表取締役社長: 鵜浦 博夫)、カタール環境エネルギー研究所(QEERI、常任理事: Dr. Marwan Khraisheh)と共同で、超伝導人工原子とマイクロ波光子の相互作用の強さを系統的に変え分光実験を行った結果、人工原子に光子がまとわり付いた分子のような新しい最低エネルギー状態(基底状態)が存在することを発見しました。

本研究により、原子(物質)と光の相互作用に新たな領域が存在することが明らかになりました。従来に比べて桁違いに広いエネルギー範囲で物質と光の相互作用を操る術を提供できるため、量子相転移の物理の解明や、シュレディンガー猫状態のような非古典光状態を使う量子技術への応用の道を拓き、量子通信、量子シミュレーション・計算、次世代超高精度原子時計の開発など、量子技術分野の研究に今後役立つと考えられます。

この成果は、「Nature Physics」 2016年10月11日号 (電子版: 日本時間10月11日(火)午前0時)に発表されます。

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引用元: 【原子物理学】光子と人工原子から成る安定な分子状態を発見 光と物質を操る量子技術に新たな可能性を拓く [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/03/02(水) 18:18:41.05 ID:CAP_USER.net
【プレスリリース】リチウムイオン電池からイオン制御可能な磁石の創出に成功 ―電気的にスイッチング可能な磁気デバイスの創出に貢献― - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/43991


〈概要〉

 国立大学法人東北大学【総長 里見進】金属材料研究所【所長 高梨弘毅】の谷口耕治准教授、宮坂等教授らは、リチウムイオン電池*1に金属錯体から成る分子性材料を電極として組み込むことで、人工的にイオン制御可能な磁石を創り出すことに成功しました。
リチウムイオン電池のイオン挿入機能を介して、電極材料中の金属錯体と連結した非磁性の分子に電子を導入し磁気モーメント*2を付与することで、物質全体に磁石としての性質を発現させました。
さらに電池の放電状態を制御することで、磁気相転移温度*3を変化させることにも成功しています。

 本研究の結果は、本来は磁石ではない物質を、イオン挿入という電気的な手法で人工的に磁石に変え得ることを示した初めての例であり、新しい機能性磁石の設計指針を与えるものです。
また今後、リチウムイオン電池の可逆的な充放電機能を利用することで、電気的にスイッチング可能な磁気デバイスの創出につながることが期待されます。

 本研究成果はドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」に受理され、近日公開される予定です。

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引用元: 【材料科学/物性科学】リチウムイオン電池からイオン制御可能な磁石の創出に成功 電気的にスイッチング可能な磁気デバイスの創出に貢献

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1: 2015/11/11(水) 18:01:56.44 ID:???.net
東工大、高温高圧力下における流体水素のプラズマ相転移の観察に成功 | マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2015/11/11/175/
高温高圧力下における流体水素のプラズマ相転移を観察 -木星の内部構造の再現に成功、常温超伝導にも一歩近づく-(プレスリリース) — SPring-8 Web Site
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2015/151110/

画像
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2015/151110_fig/fig1.png
図1:レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル(A)。対向する一組のダイヤ(B)。 (B)の間に試料を挟み、高圧下でレーザーを試料に照射することにより、実験室内で地球内部の温度圧力を発生させることができる。

http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2015/151110_fig/fig2.png
図2:高圧高温下における水素の状態図 黒い点線は理論計算によって報告されている流体水素のプラズマ相転移境界。青線は水素の融解曲線、赤線は固体水素の相転移境界を表す。
赤、青、緑色のシンボルが実験を行った温度圧力条件。黒三角のシンボルは先行研究で報告されている結果。


東京工業大学(東工大)は11月10日、水素を高温高圧下においても周囲の物質との化学反応なく安定して保持する技術を開発し、高温高圧力下における流体水素のプラズマ相転移の観察に成功したと発表した。

同成果は、同大学大学院理工学研究科の太田健二 講師と大阪大学大学院基礎工学研究科附属極限科学センターの清水克哉 教授らの研究グループによるもので、11月9日付けの英科学誌「Scientific Reports」に掲載された。

水素は拡散性・反応性が非常に高い元素であるため、実験のために高温高圧発生装置の内部に安定して保持し続けることが困難であった。そこで同研究グループは、宝石用ダイヤモンドを用いた高温高圧発生装置「ダイヤモンドアンビルセル」の内部に、水素を高温高圧力下においても周囲の物質との化学反応なく安定に保持するための技術開発を行い、100万気圧を超える高圧力かつ1000K以上の高温条件での水素の実験を可能とした。

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引用元: 【物質科学】高温高圧力下における流体水素のプラズマ相転移を観察 木星の内部構造の再現に成功、常温超伝導にも一歩近づく 東工大など

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1: 2015/02/18(水) 03:14:25.43 ID:???.net
掲載日:2015年2月17日
http://news.mynavi.jp/news/2015/02/17/046/

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 金属と絶縁体の狭間で電子が織りなす相転移の量子臨界現象を、東京大学大学院工学系研究科の古川哲也(ふるかわ てつや)博士、宮川和也(みやがわ かずや)助教、鹿野田一司(かのだ かずし)教授らが実験で初めて発見した。3種類の結晶で確認し、量子臨界現象の普遍性も示した。量子臨界領域が持つ大きな量子揺らぎを背景に、新しい電子状態、物性機能を開拓する突破口になりそうだ。埼玉大学の谷口弘三(たにぐち ひろみ)准教授、理化学研究所の加藤礼三(かとう れいぞう)主任研究員らとの共同研究で、2月10日の英科学誌ネイチャーフィジックスのオンライン版に発表した。

 粒子と波の両面を兼ね備えた電子は電荷を持ち、物質の中で互いに反発し合う。反発力が大きいと、電子は粒子として自由に動けず、モット絶縁体と言われる状態になる。一方で反発力が小さくなると、電子は波として自由に動くようになり、絶縁体から金属へと性質を劇的に変える。これをモット転移と呼ぶ。近年、モット転移の量子臨界現象(電子の集団が量子揺らぎを持つ特異な臨界流体)が理論的に予言され、その検証が待ち望まれていた。

 研究グループは3種類の異なる分子性結晶(分子を構成単位とする結晶で、圧力変化などに応答しやすい)の電気抵抗を測定し、各物質の電気抵抗が量子臨界現象に特有の法則を高い精度で満たしていることを示し、モット転移の量子臨界現象を初めて実証した。今回調べた3種類の結晶は、絶対温度25度程度より低い極低温では、物質ごとの個性を反映した多様な金属か絶縁体のいずれかに陥った。これに対し、絶対温度数十度に上げて圧力をかけると、一定の低温・圧力領域で量子臨界現象になることを見いだした。

 研究に使った3種類の分子性結晶は極低温領域でそれぞれ、金属、超伝導、反強磁性秩序状態、スピン液体など異なる状態になり、加圧でモット転移を起こすことが知られていた。物質ごとの個性が際立って現れる極低温領域の状態とは対照的に、絶対温度数十度、高圧で起きる量子臨界現象は物質によらないことを突き止めた。

 分子性結晶中の電子の集団は、極低温から絶対温度数十度まで上げると、普遍的な性質を反映するようになる新事実について、研究グループは「物質科学や物理学全般に適用できる概念」と提唱した。この実験結果を動的平均場理論の予測と比較したところ、量子臨界現象を特徴づける臨界指数がほぼ一致し、この分野の理論研究にも重要な指針を提供した。

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引用元: 【物性物理/量子力学】金属と絶縁体の狭間に量子臨界現象発見 - 東大など

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