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研究特集

理論系物理

時間・空間・物質の
統一的理解を目指して

物理学の進展は、人間のスケールを中心に据え、小さいスケールでは素粒子まで、大きいスケールでは広大な宇宙の果てまで、その研究対象を広げてきました。さらに、これらの両極端の理論の間には実は密接な繋がりが存在し、しばしばウロボロス*に例えられます。

*古代の象徴で、自らの尾を噛んで円を形づくる蛇(または竜)

文理学部物理学科では、主に素粒子物理学、物性物理学、宇宙物理学の3つの柱を専門とする理論系の教員が集結し、それぞれの専門知識を持ち寄って、時間・空間・物質の統一的理解を追求する理論研究を精力的に展開しています。

最新の量子情報理論が謎を解く鍵となる

物理の統一理解における最も重要な課題の一つは、一般相対論と量子論の統合です。近年、その鍵とされているのが「時空は『量子の情報』から構成される」という考え方です。この概念に基づき、異なる分野の教員が量子情報理論を共通言語に知識を統合し、万物の理解に向けた取り組みを進めています。

量子情報の基本単位は「0と1の重ね合わせ」で表現される量子ビットです。この量子ビットを利用した”量子コンピュータ”の開発競争が近年、世界的に盛んです。究極の理論を探求する物理学研究は、人類の「知」の領域を拡大すると同時に、未来の革新的なテクノロジーにも繋がっているのです。

研究

実験系物理

物質の特性を与える
原理の解明を目指して

物性物理学

物性物理学における実験的研究は、原子や分子から結晶、そして微粒子からマクロな素材まで、幅広いスケールの物質を対象としています。これらの物質の特性を決めるその電子の状態は、構成する原子の種類や数、そして隣接する原子間の距離と配置によって、様相とエネルギーの値が変わります。研究においては、この電子状態などを手掛かりとして、物質にその特性を与える原理を調べることになります。

温度、圧力、電磁場などを変える様々な実験環境

物質の状態は、それが置かれる環境で変化します。例えば分子の化学反応や固体の相転移における構造変化では、その電子状態が大きく変化します。ナノ~マイクロサイズの微粒子では、大きさや配位原子の種類によっても、その電子状態や動力学が変化します。

実験的研究では、真空から超高圧までの圧力変化、極低温から超高温までの温度変化、電場や磁場の印加、光励起などで物質の環境を様々に変え、それによる物質の状態変化を探ります。文理学部物理学科には、このような様々な環境変化を通じた物性実験の研究が行える研究室がそろっています。

研究

CHS物理学科
研究セミナー

※聴講を希望する学内の方(学生含む)は自由にご参加ください(登録不要、指定時間に指定場所に直接おいでください)

※聴講を希望する学外の方は入構手続き等が必要な場合がありますので事前にyamamoto.daisuke21[at]nihon-u.ac.jp(山本:[at]は@に置き換えてください)までメール等でご連絡ください(もしくは学内者に何らかの形で連絡してください)

  • 2/16(金)に第11回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。

    2/16(金)に第11回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。

    学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。

    講演者 遠藤 傑氏(NTTコンピュータ&データサイエンス研究所)
    第11回CHS物理学科研究セミナー
    日時:2024年2月16日(金)
       16:00~17:00
    場所:日本大学文理学部 8号館 A105室(物理学科セミナー室)
    言語:日本語

    タイトル:一般化部分空間展開法

    概要:量子コンピュータの大きな課題の1つは、ノイズの影響の制御であることは言うまでもない。そこで、エラーを抑制するための実用的なハードウェアへの負担の少ない量子エラー抑制技術を開発することが極めて重要である。本講演では、量子コンピュータにおける確率的エラー、コヒーレントエラー、アルゴリズムエラーを抑制することができる、量子エラー抑制法の統合フレームワークである一般化量子部分空間展開法を提案する。また、双対蒸留法を用いた一般化量子部分空間展開の効率な実装も提案し、適度なサンプリングオーバーヘッドで2倍のシステムサイズのシミュレーションも可能であることを示す。

  • 1/22(月)に第10回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。

    1/22(月)に第10回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。

    学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。

    講演者 田島 裕康氏(電気通信大学大学院情報理工学研究科)
    第10回CHS物理学科研究セミナー
    日時:2024年1月22日(月)
       16:00~17:00
    場所:日本大学文理学部 8号館 A105室(物理学科セミナー室)
    言語:日本語

    タイトル:対称性・不可逆性・量子性の普遍的トレードオフとその応用

    概要:対称性は物理学の指導原理の一つであり、一般相対論から物性物理に至るまでの幅広い分野で中心的な役割を果たす。この対称性が量子測定に対しても強力な制限を課す例として、Wigner-Araki-Yanase(WAY)定理が知られている。最近、このWAY定理を拡張して、様々な量子情報処理や熱力学過程、ブラックホール蒸発などに適用可能な不等式を発見した。本講演ではこの不等式の背景と、特に量子重力分野を中心とした応用について説明をする。

  • 第9回CHS物理学科研究セミナー開催(10/5)のお知らせ

    吉井 涼輔

    山口東京理科大学
    第9回CHS物理学科研究セミナー
    日時:2023年10月5日(木)
         16:00~17:00
    場所:日本大学文理学部 8号館 レクチャーホール
    言語:日本語

    タイトル:幾何学的位相と非平衡輸送現象および幾何学的エンジン
    概要:パラメータ駆動下における輸送現象に関して、パラメータ空間における幾何学的位相が輸送現象に影響を与えることが知られている。これに関連して、2つの熱浴に接合された量子ドット系において、熱浴と系のハミルトニアンのパラメータを変調することによって非平衡定常状態と異なった幾何学的状態に落ち着くことを発見した。この幾何学的状態では、パラメータを固定した場合に実現される非平衡定常状態との相対エントロピーが負となるため、パラメータ変調のない場合の非平衡定常状態を始状態としてパラメータを変調した状況で時間発展させると仕事を取り出すことが出来る。本講演では一般的な枠組みの説明と不純物アンダーソンモデルを例にとった具体的な計算結果を紹介する。

    参考・引用:R.Yoshii and H.Hayakawa, “Demon driven by geometric phase”, Phys. Rev. Research, 5, 033014 (2023).

    リンク:https://www.socu.ac.jp/departments/faculty/ryosuke-yoshii.html

  • 第8回CHS物理学科研究セミナー開催(7/21)のお知らせ

    郭 優佳

    名古屋大学物理教室QG研
    第8回CHS物理学科研究セミナー
    日時:2023年7月21日(金)
         16:00~17:00
    場所:日本大学文理学部 3号館3408号室
    言語:日本語

    タイトル:Enhancement of quantum gravity signal in an optomechanical experiment
    概要:近年、非相対論的スケールでニュートン重力の量子な重ね合わせを検証する方法が研究されているが、重力のシグナルが非常に弱いため未だ観測には至っていない。本講演では、2つの振動子と光干渉計を合わせたoptomechanical実験を想定し、振動子間の重力の量子効果を光の干渉を用いて検証する方法を考える。その結果、「① 光干渉計と振動子の相互作用の高次効果によって、観測量は重力にセンシティブになる」、「②2つの振動子の共鳴によってシグナルが増幅される」という2つのシグナルの増幅方法を明らかにした。

    参考・引用:arXiv: 2306.02974

    リンク:https://sites.google.com/view/youkakaku-jp/home

  • 第7回CHS物理学科研究セミナー開催(6/26)のお知らせ

    姉川 尊徳

    大阪大学大学院理学研究科
    第7回CHS物理学科研究セミナー
    日時:2023年6月26日(月)
         16:00~17:00
    場所:日本大学文理学部 8号館 レクチャーホール
    言語:日本語

    タイトル:Topics about complexity in de Sitter spacetime

    概要:本セミナーでは、ド・ジッター(dS)時空のHolographic ComplexityのHyperfastという性質についてのいくつかの話題をお話しします。反ド・ジッター(AdS)時空のブラックホールでは、Einstein Rosen Bridgeの性質を反映して、Complexityは線形に増加しますが、dS時空ではその時空の膨張の性質を反映し、Hyperfastという性質を示します。今回は特にJackiw-Teitelboim重力理論での2次元のdS時空に注目し、Complexityが高次元と同様のHyperfast性を持って振る舞うためにはDilatonの寄与が重要であることを指摘します。また、dS時空のShockwaveに対する応答を調べることで, ホログラフィー的に期待される場の理論への考察も行います。

    参考・引用:
    arXiv 2303.05025 , 2304.14620

    リンク:http://www-het.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index.html

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