ポイント
- １次元的な古典系の確率的ダイナミクスに対して、緩和時間と緩和特性がトポロジカル指数で特徴づけられることを理論的に明らかにした。
- 従来はトポロジカル絶縁体など量子物質に対して適用されてきたトポロジーの概念を、古典力学的な確率的ダイナミクスに適用することでその緩和特性を明らかにした。
- 不純物などの乱れに左右されない熱力学デバイスの設計原理や、生体内の確率的ダイナミクスの特徴の解明などにつながると期待される。
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の澤田 太郎 大学院生、曽根 和樹 大学院生、沙川 貴大 教授、理化学研究所 開拓研究本部の濱崎 立資 理研白眉研究チームリーダー（理化学研究所 数理創造プログラム 上級研究員）、東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻の蘆田 祐人 准教授らの研究グループは、１次元的に動く古典系の確率的ダイナミクスに対して、緩和時間と緩和特性がトポロジカル指数と対応することを理論的に明らかにしました。これらの関係は、本研究で導入したトポロジカル指数である「巻きつき数」と、確率的ダイナミクスとの深いつながりを示しています。本研究結果は、既存の非エルミート系の研究では理解されていなかった、古典系の確率的ダイナミクスに特有のトポロジーの性質を初めて明らかにしたものであり、不純物などに起因する乱れに左右されない熱力学デバイスの設計原理や、生体内の確率的ダイナミクスの特徴の解明などにつながると期待されます。
本研究成果は、２０２４年１月２４日付けで、米国科学誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ」誌に公開されます。
本研究は、ＪＳＴ ＥＲＡＴＯ「沙川情報エネルギー変換プロジェクト」（課題番号：ＪＰＭＪＥＲ２３０２）、ＪＳＴ ＥＲＡＴＯ 特定領域調査「情報エネルギー変換」（課題番号：ＪＰＭＪＥＲ２２０４）、ＪＳＴ 創発的研究支援事業「量子多体物理と量子光学の融合で探る強結合開放系の物理」（課題番号：ＪＰＭＪＦＲ２２２Ｕ）、ＪＳＰＳ 科学研究費助成事業 新学術領域（研究領域提案型）「情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理」の計画研究班「情報熱力学による生体情報処理の理論研究」（課題番号：ＪＰ１９Ｈ０５７９６）、ＪＳＰＳ 科学研究費助成事業 若手研究（課題番号：ＪＰ２１Ｋ１３８５９）、ＪＳＰＳ 特別研究員奨励費「アクティブマターにおけるトポロジカル現象の研究」（課題番号：２１Ｊ２０１９９）、東京大学 統合物質・情報国際卓越大学院（ＭＥＲＩＴ－ＷＩＮＧＳ）、東京大学 Ｂｅｙｏｎｄ ＡＩ研究推進機構の支援により実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（４７０ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Role of Topology in Relaxation of One-Dimensional Stochastic Processes”
- ＤＯＩ：10.1103/PhysRevLett.132.046602
＜お問い合わせ先＞
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沙川 貴大（サガワ タカヒロ）
東京大学 大学院工学系研究科 教授
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E-mail：sagawa
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古川 雅士（フルカワ マサシ）
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