白井 達彦 (シライ タツヒコ)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

講師(任期付)

ホームページ

https://sites.google.com/view/tatsuhiko-shirais-websitege/home?authuser=0

学歴 【 表示 / 非表示

  • 2013年04月
    -
    2016年03月

    東京大学大学院 理学系研究科 物理学専攻 博士課程  

  • 2011年04月
    -
    2013年03月

    東京大学大学院 理学系研究科 物理学専攻 修士課程  

  • 2007年04月
    -
    2011年03月

    東京大学 理科一類/理学部物理学科  

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2020年04月
    -
    継続中

    早稲田大学基幹理工学部情報通信学科   講師(任期付)

  • 2019年04月
    -
    2020年03月

    早稲田大学グリーン・コンピューティング・システム研究機構   次席研究員

  • 2017年01月
    -
    2019年03月

    東京大学物性研究所   特任研究員

  • 2016年04月
    -
    2016年12月

    東北大学原子分子材料科学高等研究機構   産学官連携研究員

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本物理学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 数理物理、物性基礎

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 量子アニーリング

  • フロケエンジニアリング

  • 量子開放系

  • 統計力学

論文 【 表示 / 非表示

  • Tensor network approach to thermalization in open quantum many-body systems

    Hayate Nakano, Tatsuhiko Shirai, Takashi Mori

    Physical Review E   103 ( 4 )  2021年04月  [査読有り]

    DOI

  • Exact bounds for dynamical critical exponents of transverse-field Ising chains with a correlated disorder

    Tatsuhiko Shirai, Shu Tanaka

    Annals of Physics     168483 - 168483  2021年04月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者, 責任著者

    DOI

  • Performance Comparison of Typical Binary-Integer Encodings in an Ising Machine

    Kensuke Tamura, Tatsuhiko Shirai, Hosho Katsura, Shu Tanaka, Nozomu Togawa

    IEEE Access     1 - 1  2021年  [査読有り]

    DOI

  • Guiding Principle for Minor-Embedding in Simulated-Annealing-Based Ising Machines

    Tatsuhiko Shirai, Shu Tanaka, Nozomu Togawa

    IEEE ACCESS   8   210490 - 210502  2020年12月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者, 責任著者

     概要を見る

    We propose a novel type of minor-embedding (ME) in simulated-annealing-based
    Ising machines. The Ising machines can solve combinatorial optimization
    problems. Many combinatorial optimization problems are mapped to find the
    ground (lowest-energy) state of the logical Ising model. When connectivity is
    restricted on Ising machines, ME is required for mapping from the logical Ising
    model to a physical Ising model, which corresponds to a specific Ising machine.
    Herein we discuss the guiding principle of ME design to achieve a high
    performance in Ising machines. We derive the proposed ME based on a theoretical
    argument of statistical mechanics. The performance of the proposed ME is
    compared with two existing types of MEs for different benchmarking problems.
    Simulated annealing shows that the proposed ME outperforms existing MEs for all
    benchmarking problems, especially when the distribution of the degree in a
    logical Ising model has a large standard deviation. This study validates the
    guiding principle of using statistical mechanics for ME to realize fast and
    high-precision solvers for combinatorial optimization problems.

    DOI

  • Resolving Discrepancy between Liouvillian Gap and Relaxation Time in Boundary-Dissipated Quantum Many-Body Systems

    Takashi Mori, Tatsuhiko Shirai

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   125 ( 23 )  2020年06月  [査読有り]

     概要を見る

    The gap of the Liouvillian spectrum gives the asymptotic decay rate of a
    quantum dissipative system, and therefore its inverse has been identified as
    the slowest relaxation time. In contrary to this common belief, we show that
    the relaxation time due to diffusive transports in a boundary dissipated
    many-body quantum system is determined not by the gap or low-lying eigenvalues
    of the Liouvillian but by superexponentially large expansion coefficients for
    Liouvillian eigenvectors with non-small eigenvalues at an initial state. This
    finding resolves an apparent discrepancy reported in the literature between the
    inverse of the Liouvillian gap and the relaxation time in dissipative many-body
    quantum systems.

    DOI

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 非平衡定常状態の典型的な状態を用いた解析手法の構築

    若手研究

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

    白井 達彦

     概要を見る

    量子統計力学を特徴付ける上で導入された典型的な状態は、孤立系での量子多体系において平衡状態の特徴づけや熱平衡化の問題を考える上で有用な概念として成功を収めている。本研究ではこの典型的な状態の概念を開放系に拡張することを目的に研究を進めている。
    本年度は特に非平衡環境と弱く接した系の定常状態に注目して研究を行った。このような系は急速に実験技術の進展を示すイオントラップ系や冷却原子系において実現し、近年理論研究も含め活発な研究対象となっている。本年度行なった研究によって、そのような非平衡環境にあるマクロな量子系の定常状態を記述する上で、固有状態熱化仮説が重要な役割を果たすことが明らかになった。より具体的には、系と散逸環境との間の相互作用の強さに関する摂動論が熱力学的極限においても妥当であるかを議論した。定常状態に保存カレントが流れていない場合には、摂動展開が漸近展開のように振る舞い、したがって摂動論が妥当であることを数値的に明らかにした。その結果、非平衡環境と接しており詳細釣合い条件が破れているにも関わらず、固有状態熱化仮説によって、ある有効温度の熱平衡状態がその定常状態の良い記述を与えることが分かった。一方で、異なる温度の散逸環境が接しているなど、バルクに定常カレントが流れている場合には、摂動論が破綻し、したがって定常状態は熱平衡状態として記述できないことも数値的に明らかにした。この結果は論文にまとめ、現在投稿中である。

  • 光子と物質の相互作用と周期外場の相乗効果で起こる非平衡相転移の研究

    特別研究員奨励費

    研究期間:

    2013年04月
    -
    2016年03月
     

    白井 達彦

     概要を見る

    時間周期外場の下での量子統計力学をテーマとし研究を進めた。有限の強さの振動外場の下では、共鳴現象などの多彩な量子ダイナミクスが現れ、その制御手法としてフロケ演算子を用いた解析手法などが確立している。特に、最近では、フロケの擬固有値を実効的に固有値とみなすことによって、外場なしでは実現の難しいハミルトニアンを時間周期外場によって創り出すといったフロケエンジニアリングと呼ばれる研究が盛んに行われている。
    本年度は、このフロケの擬固有値スペクトルがどのような時に熱力学的な意味を持つかについて研究を行った。つまり、外場で制御したい注目系が、ある温度の熱的環境と接している状況を考え、その定常状態の分布関数がどのような条件の下で、注目系の擬固有値スペクトルと熱的環境の温度で特徴づけられるカノニカル分布になるかについて調べた。そして、明らかになった結果を論文にまとめた。さらに、この条件が満たされない場合についても調べ、新奇な動的相転移が起こることを発見し、研究発表を行った。
    この研究によって、ある条件の下では、熱的環境への散逸と時間周期外場による励起とのバランスにより実現する非平衡定常状態の分布関数とフロケの擬固有値との間に定量的な関係のあることが明らかになった。時間周期外場によって新奇な物性開発をするにあたって、定常状態の分布関数は重要な役割を担っている。その定常状態の分布関数が、熱浴の詳細によらない注目系のフロケの擬固有値によって特徴づけられるパラメータ領域があることを示した点に、本研究の意義がある。

特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 量子計算物理学に向けた量子アルゴリズム開発

    2020年   戸川望, 田中宗

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    量子近似最適化アルゴリズムは、近未来的に実現する誤り訂正のできない量子コンピュータにおいて、量子超越性を示す一つの候補として注目されている。本研究では、最大カット問題と呼ばれる組合せ最適化問題に対する、量子近似最適化アルゴリズムの性能を調べた。2正則グラフの最大カット問題に対し、緩和問題を構成することで、量子近似最適化アルゴリズムの最適化問題が線形計画問題に帰着することを示した。緩和問題である線形計画問題を厳密に解くことで、量子近似最適化アルゴリズムの性能の上限を明らかにした。本研究の結果は、第二回量子ソフトウェア研究会で口頭発表した。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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