名大ら,乱れた量子系の揺らぎともつれに新知見

名古屋大学と理化学研究所は,乱れたポテンシャルを持つ1次元格子上の自由フェルミ粒子系における量子ダイナミクスを理論的に調べ,「系の一部分に含まれる粒子数の揺らぎ」と「量子もつれ」の成長が,古典系の界面成長で知られている「動的スケーリング」で特徴づけられることを明らかにした(ニュースリリース)。

時間とともに変化する非平衡現象は,状況設定に依存した多彩な様相を示し,一見とらえどころがない振る舞いを示す。

しかし,統計的な性質をみると系の詳細に依存しない普遍的な性質が現れることがある。その代表例は古典系の界面成長で,イメージしやすい例は衣服などについたコーヒーの染みになる。

この界面の粗さの時間変化は,長さと時間の基準となる単位を状況ごとに取り直せば,一つの関数で記述できる場合があり,このような性質は「動的スケーリング」と呼ばれている。

研究では,古典系の界面成長と一見異なる,乱れた量子系の非平衡ダイナミクスを調べた。その結果,界面成長と類似の動的スケーリングが,粒子数揺らぎと量子もつれの成長に現れることを発見した。

現代の物理学において,時間とともに変化する非平衡現象を理解することは難しいことが知られており,系の詳細に依存しない普遍的側面を理解することが求められている。

研究では,長い研究の歴史を持つ乱れた量子系を古典系の界面粗さの視座で見ることで,これまで知られていなかった動的スケーリング則が現れることを明らかにした。これにより,この研究は乱れた量子系の非平衡現象の普遍性を理解するための新しい方向性を提示した。

研究グループは,今後,界面粗さの見方を用いることで,量子多体局在などを示す様々な乱れた量子系の理解が進展していくことが期待されるとする。また,これにより量子系において非平衡状態が熱平衡状態へと緩和していくメカニズムの理解にもつながることを期待するとしている。

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