理化学研究所,慶應義塾大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年４月２６日

理化学研究所
慶應義塾大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

有限温度状態での量子もつれに関する普遍的性質の発見

～有限温度では標準的な長距離量子もつれは存在しない～

理化学研究所（理研） 革新知能統合研究センター 数理科学チームの桑原 知剛 研究員（研究当時、現 開拓研究本部 桑原量子複雑性解析理研白眉研究チーム 理研白眉研究チームリーダー、量子コンピュータ研究センター 量子複雑性解析理研白眉研究チーム 理研白眉研究チームリーダー）と慶應義塾大学 理工学部の齊藤 圭司 教授の共同研究チームは、量子力学に従う多粒子系（量子多体系）の熱平衡状態では、一般に長距離におよぶ「量子もつれ」が存在しないことを示しました。

本研究成果は、量子機械学習を含む量子計算に関する手掛かりを多く与えるとともに、有限温度で観測されるさまざまな量子的物理現象に関与する量子もつれの分類研究に寄与すると期待できます。

量子コンピューターを使った量子計算には、量子もつれが本質的な役割を果たすため、量子もつれの有限温度における効果を解き明かすことは重要な未解決問題の１つでした。

今回、共同研究チームは２つの領域で定義される標準的な２者間の量子もつれの量を解析的に評価し、十分離れている２つの領域間に生じる量子もつれは有限温度において劇的に小さくなることを突き止めました。この結果は、一般的な量子多体系において、２者間の量子もつれは絶対零度（約マイナス２７３度）では存在し得ますが、有限温度では、特殊な３者間量子もつれ以外は生き残ることができないことを示しています。

本研究は、オンライン科学雑誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｘ」（現地時間２０２２年４月２７日付）に掲載されます。

本研究は、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 科学研究費補助金 若手研究「テンソルネットワーク形式を用いた量子多体問題の計算複雑性解析（研究代表者：桑原 知剛）」、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業（さきがけ）「量子多体理論を用いた量子計算機の高速アルゴリズムの開発（研究代表者：桑原 知剛、ＪＰＭＪＰＲ２１１６）」による支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Exponential clustering of bipartite quantum entanglement at arbitrary temperatures”
ＤＯＩ：10.1103/PhysRevX.12.021022

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Exponential clustering of bipartite quantum entanglement at arbitrary temperatures”

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