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OBUSE HIDEAKI
| Faculty of Engineering Applied Physics Solid State Physics and Engineering | Professor |
| Institute for Frontier Education and Research on Semiconductors | Professor |
Researcher basic information
■ Degree■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
- 50415121
Research Field■ Educational Organization
- Bachelor's degree program, School of Engineering
- Master's degree program, Graduate School of Engineering
- Doctoral (PhD) degree program, Graduate School of Engineering
Career
■ CareerCareer
- Apr. 2026 - Present
Hokkaido University, Institute for Frontiers of Education and Research on Semiconductors, Semiconductor Education Desing Office, Director - Apr. 2026 - Present
北海道大学 大学院 工学研究院, 応用物理学部門, 教授 - Apr. 2025 - Present
北海道大学 半導体フロンティア教育研究機構, 兼務教員 - Apr. 2024 - Present
東京大学 生産技術研究所, リサーチフェロー(兼務) - Jan. 2024 - Present
北海道大学 大学院 工学院, 研究院長補佐 (兼務) - Apr. 2025 - Mar. 2026
東京大学 物性研究所, 客員准教授 (兼務) - Jan. 2023 - Mar. 2026
Hokkaido University, Faculty of Engineering, 応用物理学部門, Associate professor - Apr. 2019 - Mar. 2024
東京大学 生産技術研究所, 協力研究員(兼務) - Nov. 2012 - Dec. 2022
Hokkaido University, Faculty of Engineering, 助教 - Apr. 2011 - Oct. 2012
KIT, 日本学術振興会 海外特別研究員 - Apr. 2008 - Mar. 2011
京都大学 理学研究科, 日本学術振興会特別研究員 - Apr. 2005 - Mar. 2008
RIKEN, 基礎科学特別研究員
- Dec. 2024 - Present
Organizers of ISSP-IIS Joint Symposium on Physics of Open Systems: Resonance, Symmetry and Topology (POS-RST) - Oct. 2020 - Present
Organizers of Localisation seminar series - Apr. 2022 - Mar. 2025
文部科学省 科学技術・学術政策研究所, 科学技術専門家ネットワーク・専門調査員 - Oct. 2023 - Aug. 2024
Co-Chairs of International Conference on New Frontiers in Advanced Magnetism (NFAM) - Sep. 2022 - Aug. 2023
Co-Charis of International Conference on Physics of Open Systems and Beyond (POS&BYD) - Jun. 2022 - Aug. 2022
LT29 Invitation Executive Committee - Oct. 2021 - Aug. 2022
Co-Chairs of International Conference on Localisation 2022 - Apr. 2021 - Mar. 2022
日本物理学会領域4運営委員 - Oct. 2019 - Aug. 2020
Locall organizers of International Conference on Localisation 2020
Research activity information
■ Awards■ Papers
- Fast and high-fidelity transfer of edge states via dynamical control of topological phases and effects of dissipation
Yuuki Kanda; Yusuke Fujisawa; Kousuke Yakubo; Norio Kawakami; Hideaki Obuse
arXiv, 22 May 2025
Topological edge states are robust against symmetry-preserving perturbations
and noise, making them promising for quantum information and computation,
particularly in topological quantum computation through braiding operations of
Majorana quasiparticles. Realizing these applications requires fast and
high-fidelity dynamic control of edge states. In this work, we theoretically
propose a high-fidelity method for transferring one-dimensional topological
edge states by dynamically moving a domain wall between regions of different
topological numbers. This method fundamentally relies on Lorentz invariance and
relativistic effects, as moving the domain wall at a constant speed results in
the problem into the uniform linear motion of a particle obeying a Dirac
equation. We demonstrate effectiveness of our method in transferring edge
states with high fidelity using a one-dimensional quantum walk with two
internal states, which is feasible with current experimental technology. We
also investigate how bit and phase-flip dissipation from environment affects
transfer efficiency. Remarkably, these dissipation have minimal effects on
efficiency at slow and fast transfer limits, respectively, which can be
explained by relativistic effects to the edge states. - Topological transition between gapless phases in quantum walks
Ranjith R Kumar; Hideaki Obuse
arXiv, 07 Apr. 2025
Topological gapless phases of matter have been a recent interest among
theoretical and experimental condensed matter physicists. Fermionic chains with
extended nearest neighbor couplings have been observed to show unique
topological transition at the multicritical points between distinct gapless
phases. In this work, we show that such topological gapless phases and the
transition between them can be simulated in a quantum walk. We consider a
three-step discrete-time quantum walk and identify various critical or gapless
phases and multicriticalities from the topological phase diagram along with
their distinguished energy dispersions. We reconstruct the scaling theory based
on the curvature function to study transition between gapless phases in the
quantum walk. We show the interesting features observed in fermionic chains,
such as diverging, sign flipping and swapping properties of curvature function,
can be simulated in the quantum walk. Moreover, the renormalization group flow
and Wannier state correlation functions also identify transition at the
multicritical points between gapless phases. We observe the scaling law and
overlapping of critical and fixed point properties at the multicritical points
of the fermionic chains can also be observed in the quantum walk. Furthermore,
we categorize the topological transitions at various multicritical points using
the group velocity of the energy eigenstates. Finally, the topological
characters of various gapless phases are captured using winding number which
allows one to distinguish various gapless phases and also show the transitions
at the multicritical points. - Origin of robust Z2 topological phases in stacked Hermitian systems: Non-Hermitian level repulsion
Zhiyu Jiang; Masatoshi Sato; Hideaki Obuse
Physical Review B, 110, 24, 15 Dec. 2024, [Peer-reviewed]
Scientific journal - Proposal of a quantum version of active particles via a nonunitary quantum walk
Manami Yamagishi; Naomichi Hatano; Hideaki Obuse
Scientific Reports, 14, 1, Springer Science and Business Media LLC, 19 Nov. 2024, [Peer-reviewed]
Scientific journal - Dual symmetry classification of non-Hermitian systems and Z2 point-gap topology of a nonunitary quantum walk
Zhiyu Jiang; Ryo Okamoto; Hideaki Obuse
Physical Review B, 109, 23, American Physical Society (APS), 07 Jun. 2024, [Peer-reviewed], [Last author]
Scientific journal - Bose glass and Fermi glass
Korekiyo Takahashi; Keiji Nakatsugawa; Masahito Sakoda; Yoshiko Nanao; Hiroyoshi Nobukane; Hideaki Obuse; Satoshi Tanda
Scientific Reports, 13, 1, Dec. 2023, [Peer-reviewed]
Scientific journal - Bulk-edge correspondence for point-gap topological phases in junction systems
Geonhwi Hwang; Hideaki Obuse
Physical Review B, 108, 12, American Physical Society ({APS}), 22 Sep. 2023, [Peer-reviewed], [Last author]
English, Scientific journal, The bulk-edge correspondence is one of the most important ingredients in the
theory of topological phase of matter. While the bulk-edge correspondence is
applicable for Hermitian junction systems where two subsystems with independent
topological invariants are connected to each other, it has not been discussed
for junction systems with non-Hermitian point-gap topological phases. In this
Letter, based on analytical results obtained by the extension of non-Bloch band
theory to junction systems, we establish the bulk-edge correspondence for
point-gap topological phases in junction systems. Considering the eigenstates,
further, we find that the non-Hermitian junction systems exhibit unique
proximity effects. - Topological Phases in a PT-Symmetric Dissipative Kitaev Chain
Makio Kawasaki; Hideaki Obuse
Proceedings of the 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29), Journal of the Physical Society of Japan, 23 May 2023, [Peer-reviewed], [Last author]
Scientific journal, We study a topological phase in the dissipative Kitaev chain described by the
Markovian quantum master equation. Based on the correspondence between
Lindbladians, which generate the dissipative time-evolution, and non-Hermitian
matrices, Lindbladians are classified in terms of non-Hermitian topological
phases. We find out that the Lindbladian retains PT symmetry which is the
prominent symmetry of open systems and then all the bulk modes can have a
common lifetime. Moreover, when open boundary conditions are imposed on the
system, the edge modes which break PT symmetry emerge, and one of the edge
modes has a zero eigenvalue. - Proposal of multidimensional quantum walks to explore Dirac and Schrödinger systems
Manami Yamagishi; Naomichi Hatano; Ken-Ichiro Imura; Hideaki Obuse
Physical Review A, 107, 4, American Physical Society ({APS}), 10 Apr. 2023, [Peer-reviewed], [Last author]
English, Scientific journal - Topological phases protected by shifted sublattice symmetry in dissipative quantum systems
Makio Kawasaki; Ken Mochizuki; Hideaki Obuse
Physical Review B, 106, 3, American Physical Society (APS), 11 Jul. 2022, [Peer-reviewed], [Last author]
English, Scientific journal - Extrinsic topology of Floquet anomalous boundary states in quantum walks
Takumi Bessho; Ken Mochizuki; Hideaki Obuse; Masatoshi Sato
PHYSICAL REVIEW B, 105, 9, Mar. 2022, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Delocalization of a non-Hermitian quantum walk on random media in one dimension
Hatano, N.; Obuse, H.
Annals of Physics, 435, 168615, 168615, Elsevier BV, Sep. 2021, [Peer-reviewed], [Last author], [International Magazine]
Scientific journal - withコロナでの国際会議のカタチ――Localisation 2020の取組み
小布施 秀明
日本物理学会誌, 76, 6, 375, 376, Jun. 2021, [Peer-reviewed], [Invited] - Bulk-edge correspondence in nonunitary Floquet systems with chiral symmetry
Ken Mochizuki; Dakyeong Kim; Norio Kawakami; Hideaki Obuse
PHYSICAL REVIEW A, 102, 6, Dec. 2020, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Bulk-edge correspondence and stability of multiple edge states of a PT-symmetric non-Hermitian system by using non-unitary quantum walks
Makio Kawasaki; Ken Mochizuki; Norio Kawakami; Hideaki Obuse
PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS, 2020, 12, Dec. 2020, [Peer-reviewed], [Last author], [International Magazine]
English, Scientific journal - Topological quantum walk with discrete time-glide symmetry
Ken Mochizuki; Takumi Bessho; Masatoshi Sato; Hideaki Obuse
PHYSICAL REVIEW B, 102, 3, Jul. 2020, [Peer-reviewed], [Last author], [International Magazine]
English, Scientific journal - Statistical properties of eigenvalues of the non-Hermitian Su-Schrieffer-Heeger model with random hopping terms
Ken Mochizuki; Naomichi Hatano; Joshua Feinberg; Hideaki Obuse
Physical Review E, 102, 1, 01 Jul. 2020, [Peer-reviewed], [Last author], [Internationally co-authored], [International Magazine]
English, Scientific journal - Relation between two-phase quantum walks and the topological invariant
Hideaki Obuse
Yokohama Mathematical Journal, 2020, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Stability of topologically protected edge states in nonlinear quantum walks: additional bifurcations unique to Floquet systems
Ken Mochizuki, Norio Kawakami, Hideaki Obuse
Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 53, 8, 085702, Jan. 2020, [Peer-reviewed], [Last author], [International Magazine]
English, Scientific journal - 量子ウォークのトポロジカル相と光の振幅制御への応用
小布施 秀明; 望月 健; 金 多景; 川上 則雄
日本物理学会誌, 74, 11, 780, 786, Nov. 2019, [Peer-reviewed], [Invited], [Lead author] - Higher winding number in a nonunitary photonic quantum walk
Xiao Lei; Qiu Xingze; Wang Kunkun; Bian Zhihao; Zhan Xiang; Obuse Hideaki; Sanders Barry C; Yi Wei; Xue Peng
PHYSICAL REVIEW A, 98, 6, 28 Dec. 2018, [Peer-reviewed], [Internationally co-authored], [International Magazine]
English, Scientific journal - Sensitivity of quantum walks to a boundary of two-dimensional lattices: Approaches based on the CGMV method and topological phases
Takako Endo; Norio Konno; Hideaki Obuse; Etsuo Segawa
Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 50, 45, 10 Oct. 2017, [Peer-reviewed], [International Magazine]
English, Scientific journal - Observation of topological edge states in parity-time-symmetric quantum walks
Xiao, L.; Zhan, X.; Bian, Z.H.; Wang, K.K.; Zhang, X.; Wang, X.P.; Li, J.; Mochizuki, K.; Kim, D.; Kawakami, N.; Yi, W.; Obuse, H.; Sanders, B.C.; Xue, P.
Nature Physics, 13, 11, 1117, 1123, Jul. 2017, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Effects of disorder on non-unitary PT symmetric quantum walks
Ken Mochizuki; Hideaki Obuse
Interdisciplinary Information Sciences, 23, 1, 95, 103, The Editorial Committee of the Interdisciplinary Information Sciences, 2017, [Peer-reviewed]
English, PT symmetry, namely, a combined parity and time-reversal symmetry can make non-unitary quantum walks exhibit entirely real eigenenergy. However, it is known that the concept of PT symmetry can be generalized and an arbitrary anti-unitary symmetry has a possibility to substitute PT symmetry. The aim of the present work is to seek such non-unitary quantum walks with generalized PT symmetry by focusing on effects of spatially random disorder which breaks PT symmetry. We numerically find non-unitary quantum walks whose quasi-energy is entirely real despite PT symmetry is broken. - Floqeut Topological Phases in PT Symmetric Quantum Walks with Gain and Loss
Hideaki Obuse; Ken Mochizuki; Dakyeong Kim; Norio Kawakami
2017 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS EUROPE & EUROPEAN QUANTUM ELECTRONICS CONFERENCE (CLEO/EUROPE-EQEC), 2017, [Peer-reviewed]
English, International conference proceedings - Explicit definition of PT symmetry for nonunitary quantum walks with gain and loss
Ken Mochizuki; Dakyeong Kim; Hideaki Obuse
PHYSICAL REVIEW A, 93, 6, Jun. 2016, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Unveiling hidden topological phases of a one-dimensional Hadamard quantum walk
Hideaki Obuse; Janos K. Asboth; Yuki Nishimura; Norio Kawakami
PHYSICAL REVIEW B, 92, 4, Jul. 2015, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Entanglement Properties of Localized States in 1D Topological Quantum Walks
Hideaki Obuse
02 Feb. 2015
Scientific journal, The symmetries associated with discrete-time quantum walks (DTQWs) and the
flexibilities in controlling their dynamical parameters allow to create a large
number of topological phases. An interface in position space, which separates
two regions with different topological numbers, can, for example, be
effectively modelled using different coin parameters for the walk on either
side of the interface. Depending on the neighbouring numbers, this can lead to
localized states in one-dimensional configurations and here we carry out a
detailed study into the strength of such localized states. We show that it can
be related to the amount of entanglement created by the walks, with minima
appearing for strong localizations. This feature also persists in the presence
of small amounts of $\sigma_x$ (bit flip) noise. - アンダーソン局在の臨界現象 : 最近の実験・理論の新展開
小布施 秀明
日本物理学会誌, 70, 1, 14, 24, Jan. 2015, [Peer-reviewed], [Invited], [Lead author] - Spin-directed network model for the surface states of weak three-dimensional Z(2) topological insulators
Hideaki Obuse; Shinsei Ryu; Akira Furusaki; Christopher Mudry
PHYSICAL REVIEW B, 89, 15, Apr. 2014, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Statistics of conductances and subleading corrections to scaling near the integer quantum Hall plateau transition
H. Obuse; S. Bera; A. W.W. Ludwig; I. A. Gruzberg; F. Evers
EPL, 104, 2, Oct. 2013
English, Scientific journal - Bulk-boundary correspondence for chiral symmetric quantum walks
Janos K. Asboth; Hideaki Obuse
PHYSICAL REVIEW B, 88, 12, Sep. 2013, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Finite-Size Effects and Irrelevant Corrections to Scaling Near the Integer Quantum Hall Transition
Hideaki Obuse; Ilya A. Gruzberg; Ferdinand Evers
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 109, 20, Nov. 2012, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Exact Exponents for the Spin Quantum Hall Transition in the Presence of Multiple Edge Channels
R. Bondesan; I. A. Gruzberg; J. L. Jacobsen; H. Obuse; H. Saleur
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 108, 12, Mar. 2012
English, Scientific journal - Topological phases and delocalization of quantum walks in random environments
Hideaki Obuse; Norio Kawakami
PHYSICAL REVIEW B, 84, 19, Nov. 2011, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Conductance distributions in disordered quantum spin-Hall systems
K. Kobayashi; T. Ohtsuki; H. Obuse; K. Slevin
PHYSICAL REVIEW B, 82, 16, Oct. 2010
English, Scientific journal - Conformal invariance, multifractality, and finite-size scaling at Anderson localization transitions in two dimensions
H. Obuse; A. R. Subramaniam; A. Furusaki; I. A. Gruzberg; A. W. W. Ludwig
PHYSICAL REVIEW B, 82, 3, Jul. 2010
English, Scientific journal - The Z(2) network model for the quantum spin Hall effect: two-dimensional Dirac fermions, topological quantum numbers and corner multifractality
Shinsei Ryu; Christopher Mudry; Hideaki Obuse; Akira Furusaki
NEW JOURNAL OF PHYSICS, 12, Jun. 2010
English, Scientific journal - Transport properties in network models with perfectly conducting channels
K. Kobayashi; K. Hirose; H. Obuse; T. Ohtsuki; K. Slevin
25TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON LOW TEMPERATURE PHYSICS (LT25), PART 2, 150, 2009
English, International conference proceedings - NEW BOUNDARY CRITICAL PHENOMENON AT THE METAL-QUANTUM SPIN HALL INSULATOR TRANSITION
Hideaki Obuse
PROCEEDINGS OF THE 9TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FOUNDATIONS OF QUANTUM MECHANICS IN THE LIGHT OF NEW TECHNOLOGY, 86, 89, 2009, [Peer-reviewed]
English, International conference proceedings - Boundary criticality at the Anderson transition between a metal and a quantum spin Hall insulator in two dimensions
Hideaki Obuse; Akira Furusaki; Shinsei Ryu; Christopher Mudry
PHYSICAL REVIEW B, 78, 11, Sep. 2008
English, Scientific journal - Boundary multifractality at the integer quantum Hall plateau transition: Implications for the critical theory
H. Obuse; A. R. Subramaniam; A. Furusaki; I. A. Gruzberg; A. W. W. Ludwig
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 101, 11, Sep. 2008, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Anomalously localised states at the Anderson transition
K. Yakubo; H. Obuse
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL-SPECIAL TOPICS, 161, 233, 247, Jul. 2008, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Corner multifractality for reflex angles and conformal invariance at 2D Anderson metal-insulator transition with spin-orbit scattering
H. Obuse; A. R. Subramaniam; A. Furusaki; I. A. Gruzberg; A. W. W. Ludwig
PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES, 40, 5, 1404, 1406, Mar. 2008
English, Scientific journal - Z(2) topological term, the global anomaly, and the two-dimensional symplectic symmetry class of anderson localization
Shinsei Ryu; Christopher Mudry; Hideaki Obuse; Akira Furusaki
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 99, 11, Sep. 2007
English, Scientific journal - Two-dimensional spin-filtered chiral network model for the Z(2) quantum spin-Hall effect
Hideaki Obuse; Akira Furusaki; Shinsei Ryu; Christopher Mudry
PHYSICAL REVIEW B, 76, 7, Aug. 2007
English, Scientific journal - Multifractality and conformal invariance at 2D metal-insulator transition in the spin-orbit symmetry class
H. Obuse; A. R. Subramaniam; A. Furusaki; I. A. Gruzberg; A. W. W. Ludwig
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 98, 15, Apr. 2007, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - TOPOLOGICAL ASPECTS OF WAVE FUNCTION STATISTICS AT THE ANDERSON TRANSITION
H. OBUSE; K. YAKUBO
Topology in Ordered Phases, WORLD SCIENTIFIC, Aug. 2006
International conference proceedings - Non-Multifractal States at the Anderson Transition Point
H. Obuse; K. Yakubo
AIP Conference Proceedings, AIP, 2006
International conference proceedings - Critical level statistics for anomalously localized states at the Anderson transition point and their multifractality
K. Yakubo; H. Obuse
LOW TEMPERATURE PHYSICS, PTS A AND B, 850, 1454, +, 2006, [Peer-reviewed]
English, International conference proceedings - Critical Level Statistics for Anomalously Localized States at the Anderson Transition Point and Their Multifractality
K. Yakubo; H. Obuse
AIP Conference Proceedings, 2006
International conference proceedings - Critical level statistics and anomalously localized states at the Anderson transition
H Obuse; K Yakubo
PHYSICAL REVIEW B, 71, 3, Jan. 2005
English, Scientific journal - Spatial structures of anomalously localized states in tail regions at the Anderson transition
H. Obuse; K. Yakubo
Journal of the Physical Society of Japan, 74, 242, 245, 2005
English, International conference proceedings - Correlation exponent and anomalously localized states at the critical point of the Anderson transition
H Obuse; K Yakubo
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 73, 8, 2164, 2168, Aug. 2004
English, Scientific journal - Anomalously localized states and multifractal correlations of critical wave functions in two-dimensional electron systems with spin-orbital interactions
H. Obuse; K. Yakubo
Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 69, 12, 02 Mar. 2004, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Critical transport and anomalously localized states at the Anderson transition
H Obuse; K Yakubo
SUPERLATTICES AND MICROSTRUCTURES, 34, 3-6, 557, 561, Sep. 2003, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Non-universal exponents at the Anderson transition
H Obuse; K Yakubo
PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES, 18, 1-3, 276, 277, May 2003, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - Fluctuations of the correlation dimension of critical wavefunctions in two-dimensional symplectic systems
Kousuke Yakubo; Hideaki Obuse
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 72, Feb. 2003, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal - The forced oscillator method incorporating the fast time-evolution algorithm
H Shima; H Obuse; K Yakubo; T Nakayama
COMPUTER PHYSICS COMMUNICATIONS, 142, 1-3, 418, 423, Dec. 2001, [Peer-reviewed]
English, Scientific journal
- Non-Hermitian Landau-Zener transition
FRIESON Ryu; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 79, 1, 2024 - Point-Gap Topological Phases and Bulk-Edge Correspondence in Junction Systems: Multi-Segment Extension
HWANG Geonhwi; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 79, 1, 2024 - Two-Dimensional Quantum Walk: Effective Dirac Hamiltonian and Its (Higher-Order) Topological Properties
山岸愛; 羽田野直道; 井村健一郎; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 1, 2023 - Bulk-Boundary Correspondence for Non-Hermitian Topological Phases in Junction Systems
HWANG Geonhwi; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 1, 2023 - Proposal of Kondo quantum walks
山岸愛; 山岸愛; 羽田野直道; 西野晃徳; NORI Franco; NORI Franco; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 2, 2023 - Point-Gap Topology and Proximity Effects in Non-Hermitian Junction Systems
HWANG Geonhwi; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 2, 2023 - Point-Gap Topology of a Non-Unitary Quantum Walk with Time-Reversal Symmetry
JIANG Zhiyu; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 2, 2023 - Estimation and dimensional dependence of the quantum search algorithm in Hadamard walks
武田紘明; 川上則雄; 岡本亮; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 1, 2022 - Delocalization of a non-Hermitian quantum walk on random media in one dimension
羽田野直道; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 1, 2022 - Multifractality at the Anderson Transition of 1D Non-Unitary Quantum Walks
小布施秀明; 京極淳人; 矢久保考介; 羽田野直道, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 2, 2022 - Dynamics of a quantum active particle in terms of 2D non-Hermitian quantum walks
山岸愛; 羽田野直道; 小布施秀明; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 2, 2022 - Quantum Transport on Networks with non-Hermitian Hamiltonians
羽田野直道; 井村健一郎; 川畑幸平; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 2, 2022 - Topological phases in PT-symmetric dissipative quantum systems
河崎真樹男; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 2, 2022 - Edge states protected by sublattice symmetry in dissipative quantum systems
河崎真樹男; 望月健; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 2, 2021 - Skin effects in non-unitary quantum walks: theory and experimental verification
小布施秀明; 川上則雄; 岡本亮, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 2, 2021 - Breakdown of bulk-edge correspondence in quantum walk systems
別所拓実; 望月健; 小布施秀明; 佐藤昌利, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021 - Quantum walks as platforms to explore open and/or Floquet systems
望月健; 別所拓実; 佐藤昌利; KIM Dakyeong; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021 - Topological numbers in one-dimensional open Floquet systems with chiral symmetry
望月健; KIM Dakyeong; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 1, 2020 - Spontaneous current, skin and proximity effects in non-Hermitian systems
生部賢; 井村健一郎; 小布施秀明; 羽田野直道, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 1, 2020 - Evaluation of non-Hermitian optical sensors using exceptional points and non-reciprocity
河崎真樹男; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 1, 2020 - Bulk-edge correspondence in one-dimensional open Floquet systems with chiral symmetry
望月健; KIM Dakyeong; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020 - Estimation of the optimal time of the Hadamard walk search in two dimensions
武田紘明; 川上則雄; 岡本亮; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020 - Resolution of non-Hermitian optical gyroscopes on an exceptional point
河崎真樹男; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020 - IBM Qを用いた3ステップ量子ウォークの実装
河崎真樹男; 望月健; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 74, 1, 2019 - トポロジカル相の動的制御による1次元エッジ状態の輸送
藤澤有祐; 矢久保考介; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 74, 1, 2019 - 乱れのある一次元非エルミート模型における統計的性質
望月健; 羽田野直道; FEINBERG Joshua; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 74, 1, 2019 - Topological phases on PT symmetric quantum walks
Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 74, 1, 1338, 1339, 2019
The Physical Society of Japan, Japanese - 非エルミート・トポロジカル相の輸送特性
井村健一郎; 小布施秀明; 川畑幸平; 羽田野直道, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 74, 2, 2019 - 二次元量子ウォークにおけるtime-glide symmetryに守られたエッジ状態
望月健; 別所拓実; 佐藤昌利; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 74, 2, 2019 - PT対称な3ステップ量子ウォークにおけるトポロジカル相
河崎真樹男; 望月健; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 73, 1, 2018 - トポロジカル相を利用したエッジ状態の動的制御:等速運動する1次元エッジ状態に対するスペクトル解析と三準位モデルとの比較
藤澤有祐; 矢久保考介; 川上則雄; 小布施秀明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 73, 1, 2018 - Level statistics in a non-Hermitian SSH model with random hoppings
Mochizuki Ken; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 2, 2507, 2507, 2018
The Physical Society of Japan, Japanese - Quantum search problem in two dimensional alternative Hadamard walks in random environment
Shimizu Yosuke; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 598, 598, 2017
The Physical Society of Japan, Japanese - Stability of edge states and PT symmetry in nonlinear 1D quantum walks
Mochizuki Ken; Kawakami Norio; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1008, 1008, 2017
The Physical Society of Japan, Japanese - Edge states in 1D lattice models with a moving topological phase boundary
Fujisawa Yusuke; Yakubo Kousuke; Kawakami Norio; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1009, 1009, 2017
The Physical Society of Japan, Japanese - Topological phases in quantum walks
Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 2794, 2795, 2017
The Physical Society of Japan, Japanese - Observation of edge states originating from Floquet topological phases in PT symmetric quantum walks
Obuse Hideaki; Wang X.P; Li J; Yi W; Xue P; Mochizuki Ken; Kim Dakyeong; Kawakami Norio; Xiao L; Zhan X; Bian Z.H; Wang K.K; Zhang X, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1347, 1347, 2017
<p>散逸を伴うPT対称な1次元量子ウォークにおけるフロッケトポロジカル相を理論的に調べた。さらに、散逸の効果を取り入れたフォトニック量子ウォークにおけるエッジ状態を実験的に観測した。その結果、実験結果と、バルク-エッジ対応による理論結果が一致することが分かった。さらに、エッジ状態のPT対称性の破れに伴う、時間発展における確率の指数関数的増幅が起こることも実験的に確認できた。</p>, The Physical Society of Japan, Japanese - Quantum search problem in two dimensional Hadamard walks
Shimizu Yosuke; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 501, 501, 2016
<p>量子ウォークにおける量子探索問題では、グローバー・アルゴリズムに基づくグローバー・ウォークに関する理論研究が盛んに行われている。しかし、高次元のグローバー・ウォークを実現するためには、多数の内部自由度を有する粒子が必要とされる。本研究では、内部自由度が2自由度でありながら2次元量子ウォークを実現するアダマール・ウォークを用いても、量子探索が可能であることを数値的・解析的に示す。</p>, The Physical Society of Japan, Japanese - Effects of randomness and generalization of PT symmetry for non-unitrary quantum walks
Mochizuki Ken; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 1208, 1208, 2016
<p>光ファーバーループを用いた非ユニタリー量子ウォークの実験では、空間反転と時間反転を組み合わせたPT対称性によって擬エネルギーが実数となることが知られている。本研究では、この系において、コイン演算子のパラメータが空間的に不規則で、時間発展演算子がPT対称性を有していなくても、擬エネルギーが実数となる場合があること、およびその原因を明らかにした。</p>, The Physical Society of Japan, Japanese - 21aBT-1 Localization and the topological phase of a 1D Hadamard walk with a single defect
Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 2999, 2999, 2016
The Physical Society of Japan, Japanese - 21pAM-11 Unveiling Hidden Topological Phases in the 1D Photonic Quantum Walk
Obuse H; Asboth Janos K; Nishimura Y; Kawakami N, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 1281, 1281, 2015
The Physical Society of Japan, Japanese - 17pPSA-65 Relation between the asymptotic behavior of the two-phase quantum walks and the topological insulator
Endo Takako; Konno Norio; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 2716, 2716, 2015
The Physical Society of Japan, Japanese - 17aBB-9 PT symmetry and topological phases for a quantum walk with gain and loss
Kim Dakyeong; Mochizuki Ken; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 1062, 1062, 2015
The Physical Society of Japan, Japanese - 17aBB-10 PT symmetry and enhancement of edge states of the non-unitary quantum walk with phase boundaries
Mochizuki Ken; Kim Dakyeong; Obuse Hideaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 1063, 1063, 2015
The Physical Society of Japan, Japanese - 弱い3次元トポロジカル絶縁体の表面状態における局在‐非局在転移
小布施秀明; 笠真生; 古崎昭; MUDRY Christopher, 日本物理学会講演概要集, 69, 1, 699, 699, 05 Mar. 2014
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 27pBF-10 Localization-delocalization transitions for the surface states of weak 3D Z_2 topological insulators
Obuse H; Ryu S; Furusaki A; Mudry C, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 699, 699, 2014
The Physical Society of Japan, Japanese - 8pAX-10 Surface states of weak 3D topological insulators : effects of odd-channels and trimerizations
Obuse H; Ryu S; Furusaki A; Mudry Christopher, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 482, 482, 2014
The Physical Society of Japan, Japanese - 単一ステップ量子ウォークにおけるマヨラナ・ゼロモード
西村勇希; 小布施秀明; 川上則雄, 日本物理学会講演概要集, 68, 2, 609, 609, 26 Aug. 2013
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 多重ステップ量子ウォークのカイラル対称性とバルク境界対応
小布施秀明; ASBOTH Janos K, 日本物理学会講演概要集, 68, 2, 609, 609, 26 Aug. 2013
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 27aXG-6 Critical exponent for the spin-quantum Hall transition with multiple edge states
Obuse H; Bondesan R; Gruzberg I. A; Jacobsen J. L; Saleur H, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 68, 1, 758, 758, 26 Mar. 2013
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 27aXG-3 Anderson transition in topological insulators
Obuse Hideaki, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 68, 1, 757, 757, 26 Mar. 2013
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 複数のエッジ状態を有するスピン量子ホール転移におけるコンダクタンス分布に対する臨界指数
小布施秀明; BONDESAN R; GRUZBERG I. A; JACOBSEN J. L; SALEUR H, 日本物理学会講演概要集, 68, 1, 758, 05 Mar. 2013
Japanese - Majorana modes in single step quantum walks
Nishimura Y; Obuse H; Kawakami N, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 68, 0, 609, 609, 2013
The Physical Society of Japan, Japanese - 1次元ランダム系における量子ウォークのトポロジカル相とアンダーソン局在
西村勇希; 小布施秀明; 川上則雄, 日本物理学会講演概要集, 67, 2, 262, 262, 24 Aug. 2012
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 19aPSB-30 Topological phases and Anderson localization of one dimensional quantum walks with randomness
Nishimura Y; Obuse H; Kawakami N, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 67, 2, 262, 262, 24 Aug. 2012
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 1次元量子ウォークのトポロジカル相と局在・非局在問題:ランダム位相の効果
西村勇希; 小布施秀明; 川上則雄, 日本物理学会講演概要集, 67, 1, 732, 732, 05 Mar. 2012
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 25pBJ-1 Topological phannn and delocalization of quantum walks : effects nf random phases
Nishimura Y; Obuse H; Kawakami N, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 67, 1, 732, 732, 05 Mar. 2012
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 24aTC-1 Topological phase and delocalization of quantum walks in the 1D chiral symmetry class
Obuse Hideaki; Kawakami Norio, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 66, 2, 701, 701, 24 Aug. 2011
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 25aRB-4 Stable delocalized states and topological phases of quantum walks with disorder
Obuse Hideaki; Kawakami Norio, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 66, 1, 167, 167, 03 Mar. 2011
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 電流が保存しない系におけるプラトー転移点のコンダクタンス分布
小布施秀明; GRUZBERG I.A; BERA S; EVERS F; LUDWIG A.W; W, 日本物理学会講演概要集, 65, 2, 662, 662, 18 Aug. 2010
The Physical Society of Japan (JPS), Japanese - 25aWR-9 Conductance at the Plateau Transition for Systems with Absorbing Boundaries
Obuse H; Gruzberg I. A; Bera S; Evers F; Ludwig A. W, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 65, 2, 662, 662, 18 Aug. 2010
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 20aHV-11 Multifractality of the conductance at the Plateau Transitions
Obuse H; Gruzberg I. A; Bera S; Evers F; Ludwig A. W, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 65, 1, 699, 699, 01 Mar. 2010
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 20aHV-12 Boundary Multifractality at the Plateau Transitions in Higher Landau Levels
Obuse H; Furusaki A; Ryu S; Gruzberg I. A; Mudry C, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 65, 1, 699, 699, 01 Mar. 2010
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 20aYF-8 Conductance at the metal-quantum spin Hall insulator transition
Kobayashi K; Hirose K; Obuse H; Ohtsuki T; Slevin K, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 63, 2, 584, 584, 25 Aug. 2008
一般社団法人日本物理学会, English - 20aYF-9 Conformal invariance at the metal-quantum spin Hall insulator transition
Obuse H; Furusaki A; Ryu S; Mudry C, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 63, 2, 584, 584, 25 Aug. 2008
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 23aTE-5 Multifractality at the Localization - Delocalization Transition in Quantum Spin-Hall systems
Obuse H; Furusaki A; Ryu S; Mudry C, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 63, 1, 260, 260, 29 Feb. 2008
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 22aTH-4 Surface Multifractality and Conformal Invariance at the Plateau Transition
Obuse H; Furusaki A, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 62, 2, 690, 690, 21 Aug. 2007
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 20aWB-7 Multifractality and Confromal Invariance in 2D Disordered Electron Systems
Obuse H; Furusaki A, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 62, 1, 280, 280, 28 Feb. 2007
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 20aTA-4 Numerical Investigation for the Network Model in 2D Disordered Electron Systems with Spin-Orbit Interactions
Obuse H; Furusaki A; Ryu S; Mudry C, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 62, 1, 680, 680, 28 Feb. 2007
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 23pXL-5 Surface Multifractality in Two-Dimensional Symplectic Class
Obuse H; Furusaki A, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 61, 2, 531, 531, 18 Aug. 2006
一般社団法人日本物理学会, Japanese - TOPOLOGICAL ASPECTS OF WAVE FUNCTION STATISTICS AT THE ANDERSON TRANSITION
H. OBUSE; K. YAKUBO, Topology in Ordered Phases, 60, 2, 540, 540, Aug. 2006
WORLD SCIENTIFIC, Japanese - 28aXB-1 Anomalously Localized States at Criticality in the Three-Dimensional Disordered System
Obuse H; Yakubo K, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 61, 1, 678, 678, 04 Mar. 2006
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 12pYB-11 Level Statistics and Anomalously Localized States at the Anderson Transition Point
Obuse H; Yakubo K, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 59, 2, 589, 589, 25 Aug. 2004
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 12pYB-12 Multifractality and Anomalously Localized States for critical wavefunctions of the Anderson Transition
Yakubo K; Obuse H, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 59, 2, 589, 589, 25 Aug. 2004
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 30aYF-1 Statistical Properties of Anomalously Localized States at the Anderson Transition Point
Obuse H; Yakubo K, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 59, 1, 708, 708, 03 Mar. 2004
一般社団法人日本物理学会, Japanese - Correlations in a Multifractality of Critical Wavefunctions for a SU(2) Model
Obuse H; Yakubo K, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 58, 1, 613, 613, 06 Mar. 2003
一般社団法人日本物理学会, Japanese - 27aWE-3 Fluctuations of correlation dimensions at the Anderson transition
Obuse H; Yakubo K, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 57, 0, 650, 650, 2002
The Physical Society of Japan, Japanese - Low frequency anomalies of the ac conductivity in 2D sympletic systems
Obuse H; Shima H; Nakayama T, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 56, 1, 282, 282, 09 Mar. 2001
一般社団法人日本物理学会, Japanese - Dynamic conductivity in 2D disordered systems with spin-orbit interaction
Obuse H; Shima H; Nakayama T, Meeting abstracts of the Physical Society of Japan, 55, 2, 239, 239, 10 Sep. 2000
一般社団法人日本物理学会, Japanese
■ Syllabus
- 固体物理学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
- 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
- 固体物理学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
- 応用数学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
- 応用数学演習Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
- 連続体力学, 2024年, 学士課程, 工学部
- 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
- 開放系トポロジカル相による普遍的量子状態制御
さきがけ「物質と情報の量子協奏」
Oct. 2024 - Mar. 2028
科学技術振興機構(JST) - Microscopically deriving quantum transport in non-Hermitian quantum systems
Grants-in-Aid for Scientific Research
01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2027
羽田野 直道; 小布施 秀明; 井村 健一郎
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), The University of Tokyo, 24K00545 - Topological phases in open quantum and classical systems with randomness
Grants-in-Aid for Scientific Research
01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
小布施 秀明; 岡本 亮; 羽田野 直道
周期境界を課した非エルミート系特有のポイント・ギャップが非自明なトポロジカル相を持つ場合、その系に固定端を課すと全状態が固定端近傍に局在するというバルク・エッジ対応原理が知られています。しかし、接合系に関するバルク・エッジ対応が議論されていなかったため、ポイント・ギャップのトポロジカル数が異なる2つのサブシステムからなる拡張されたHatano-Nelsonモデルを用い、固定端を課した系に対して適用されるNon-Bloch定理を拡張することにより、このスペクトルや固有状態を求めました。その結果、2つのサブシステムのポイント・ギャップ・トポロジカル数の差が非ゼロとなるスペクトル領域に接合系のスペクトルが現れることが分かり、これが接合系のバルク・エッジ対応であることを示しました。以上の結果をPhys. Rev. B誌Letterとして発表しました。
電子相関のある不規則系において生じる絶縁体-超伝導体転移に関する理論と実験の共同研究を行い、新奇スケーリング則を明らかにし、これを研究結果をScientific Report誌で成果発表しました。
2022度に行ったGKLS方程式の緩和スペクトルに対するトポロジカル相についての発展研究としてPT対象なKitaevチェーンに対する研究成果をJPS Conference Proceedingsで報告しました。
時間対称性のある非ユニタリー量子ウォークについての理論研究および実験セットアップ提案や、非ユニタリー量子ウォークにおける局在・非局在状態の実現に向けた実験を行いました。
2023年8月に、開放系に関する国際会議「Physics of Open Systems & Beyond(POS&BYD)」を北海道大学で主催しました。参加者は140名以上(現地約90名、オンライン約50名)、招待講演14件、一般講演28件、ポスター発表26件でした。
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 23K22411 - Topological phases in open quantum and classical systems with randomness
Grants-in-Aid for Scientific Research
01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
小布施 秀明
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 22H01140 - トポロジカル・エッジ状態によるマグノン高次高調波発生
令和7年度国際共同利用・共同研究
Apr. 2025 - Mar. 2026
京都大学化学研究所, 京都大学化学研究所, Principal investigator, 2025-24 - ギャップレス・トポロジカル絶縁体におけるバルク・エッジ対応に関する共同研究
さくらサイエンスプログラム(Bコース)
Aug. 2025 - Aug. 2025
JST, JST, S2025F0400304 - .
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Apr. 2022 - Mar. 2025
矢久保 考介
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 22K03463 - Nonequilibrium Transport Phenomena in Non-Hermitian Systems: Framework of Defining Physical Operators
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
羽田野 直道; 小布施 秀明; 井村 健一郎
本研究の目的は、非エルミート系の非平衡輸送現象・伝導現象の理論的枠組みを開発し、それを契機として非エルミート系における物理量の一般論を構築することです。非エルミート系では物理量の定義に注意が必要で、例えば実験に対応する電流演算子が何であるかは不明です。しかし、このような問題意識は広く共有されているとは言えません。本研究では、カレント演算子の定義についての問題意識を持つことから出発し、非エルミート系に対する輸送現象の実験に正しく対応する理論を開発します。最初に、非エルミート系の両端にエルミートな電極・熱浴をつけた状況をつくり、ランダウアー公式を使って輸送現象を考えます。次に、ランダウアー公式と線形応答理論・ケルディッシュ形式との対応を用いて、非エルミート系に相応しいカレント演算子を導きます。その成果を踏まえて、より一般に物理量の演算子をどのように定義するか明らかにします。
令和3年度は、PT対称な非エルミート系の電流演算子について、その系の右固有ベクトルと左固有ベクトルで期待値をとると電流がゼロになること、一方で右固有ベクトルとそのエルミート共役で期待値をとると有限値になることを発見しました。前者においては、問題となっている系を閉じた非エルミート系と見なしているために電流が流れるはずがないと理解できます。一方で後者では、問題となっている系が開放量子系であり、大きなエルミート系の一部なので、電流が流れると理解できます。なお、後者では、右固有ベクトルは互いに直交しませんが、それは部分系で計算を行っているからであり、全体のエルミート系で計算すれば直交するはずだという理解も得ました。
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), The University of Tokyo, 21H01005 - 境界条件制御によって切り拓く量子ウォークの新たな応用
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
01 Apr. 2020 - 31 Mar. 2024
岡本 亮; 小布施 秀明
本研究では、量子ウォークの境界条件として、2次元系において並進対称性を持つヘリカル境界条件に着目、光子を用いた新しい時間発展プロトコルで実現する。これにより、新たな量子シミュレーションや、量子探索アルゴリズムの実装といった魅力的な応用が期待できる。令和3年度は、(1)花弁状の空間モードをもったビームの評価と最適化に関する研究、および(2)ヘリカル境界条件を課した場合の量子探索アルゴリズムに関する理論の2つの項目に関して研究を進めた。
項目1に関しては、令和2年度に空間光変調器を用いて、花弁部分にのみ回折格子を作り、花弁状ビームを生成できることを確認していた。令和3年度はまず、回折効率の評価を行った。空間光変調器は離散的な変調を行うため、階段状の回折格子を用いた。その際、階段回折格子の1周期あたりの段数と回折効率の関係を実験的に調べた。実験の結果、段数が増加するほど回折効率が高くなることがわかった。しかし、階段回折格子の1周期あたりの段数が増加しすぎると、回折光を分離できなくなる。この観点から段数の限界を求めた結果,32段であること分かった。上記の研究結果から、階段回折格子の1周期あたりの段数として、32段が最適であることを明らかにした。
項目2に関しては、初年度の理論研究を発展させ、実験系で起こりうるノイズやエラーを導入し、最適探索時間や成功確率への寄与を数値的に調べることにより、実証実験への準備を行った。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 京都大学, 20H01828 - Scaling theories of random quantum systems
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2024
大槻 東巳; 小布施 秀明; 羽田野 直道; 後藤 貴行; SLEVIN KEITH; 今田 正俊
2019年度は本課題が始まった年である。代表者の大槻は年度後半に北京大学,上海大学,Regensburg大学を訪れ,5年間にわたる本研究テーマの大まかな計画をブラッシュアップできた。実際に行った研究を以下に述べる。
1)ランダムなトポロジカル系の相図の提案:トポロジカル系は近年幅広い見地から研究されている。この課題ではランダムな量子系としてトポロジカル系の研究を行い,その相図を描いた。相図を決める際には,代表者が2016年から提案している深層学習を用いる方法を適用した。この方法は転送行列やエネルギー準位統計が適用しにくいランダム格子系(量子パーコレーション系)にも適用できるのが強みである(業績リスト[2,3])。特にトポロジカルな量子パーコレーション系に対して興味深い相図が得られた。
2)Wigner-Dysonクラス以外の普遍クラスの研究:従来のランダム量子系の普遍クラス,いわゆるWigner-Dysonクラスは,副格子対称性,粒子正孔対称性を考慮することでさらに拡張できる。これらの新しい普遍クラスはバンド中心だけに転移が現れるので,従来は取り扱いが困難であった。そこでエネルギーをバンド中心に固定したまま,ランダムネスを変えることでこの転移を起こすモデルを考案した。この新奇なモデルは乱れたノーダルラインWeyl半金属を調べていた時の副産物である。これより新奇な二つの普遍クラスの臨界指数を決定した(業績リスト[1])。
3)近藤温度の分布:アンダーソン転移では波動関数がマルチフラクタルになることが知られている。これは波動関数の振幅が非自明に分布するを示し,そのため,系に磁性不純物が存在した場合,その近藤温度が非自明な分布をする。この分布関数を数値的に決定した(業績リスト[4])。
こうした研究の傍ら,ランダムネスを含んだ非エルミート系やダイナミカルな系の研究の準備も行なった。
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Sophia University, 19H00658 - Fractality and long-range degree correlation in complex networks
Grants-in-Aid for Scientific Research
01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2022
Yakubo Kousuke
Many complex networks exhibit fractality in a topological sense. It is well known that the mechanism of this property is closely related to self-organized criticality. In this study, however, another mechanism of fractality in networks is explored by clarifying the relationship between fractality and the correlation between the number of neighboring nodes of each node (degree). Specifically, we propose mathematical models of fractal complex networks based on self-organized critical dynamics and reveal how fractality is generated from the long-range degree correlation by elucidating the relationship between fractality and the empirical fact that high degree nodes (hubs) are far away from each other.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 19K03646 - 開放系トポロジー
特定領域調査
Oct. 2021 - Mar. 2022
研究代表者:佐藤昌利
科学技術振興機構 - Realization of PT-symmetric quantum optical systems towards innovative quantum state control
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
29 Jun. 2018 - 31 Mar. 2021
Okamoto Ryo
First, we developed a method to control the effect of loss and gain of photons in open quantum systems. Then, by using the developed method, we introduced new degrees of freedom into open quantum systems and aimed to observe novel physical phenomena. Consequently, we theoretically proposed and experimentally demonstrated that a peculiar phenomenon occurs at the reflection boundary of a quantum walk system when the system has an asymmetry regarding the effect of loss.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Kyoto University, 18K18733 - PT symmetry in open systems: theory and experiment
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
Obuse Hideaki
Recently, PT symmetry, which is a symmetry combining parity and time-reversal symmetry, has been attracting much attention around various field of physics because it provides a unified understanding of the complex dynamics of open systems described by non-Hermitian Hamiltonians. PT symmetry is of great importance not only for our understanding of open systems, but also for applications, since it provides a new guiding principle for controlling open systems.In this project, we extend the quantum walk, which has been developed in the field of quantum information, to open systems to reveal various non-Hermitian open quantum system properties that can be demonstrated experimentally.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 18H01140 - controlling optical dynamics by using topological phases
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2020
小布施 秀明
本研究の目的は,光学系に備わるトポロジカル相を活用することにより,新奇光学デバイスの開発,及び量子情報の分野で必要とされる光子の量子状態制御への応用を踏まえ,光ダイナミクスを時空間で制御するための手法の開拓を目指した研究を行うことである.
以前の研究では,静止した1次元系のエッジ状態(ゼロ・エネルギー状態)に対し,トポロジカル相の相境界を等速で移動させることによりエッジ状態の状態輸送を行う場合,ローレンツ不変性を用いた解析より,ローレンツ収縮によるエッジ状態の局在長が収縮し,さらにゼロ・エネルギー状態以外への状態遷移が生じることを,1次元量子ウォークに対して示した.さらに、制御時に,加速時間域,等速移動時間域,減速時間域の3つの時間域に分け,加速時間域と減速時間域では断熱過程を用いた制御を行い,等速移動時間域では解析計算における厳密解を踏まえた制御を行うことにより,高速な状態輸送が可能となることを示した。
本年度は、Su-Schrieffer-Heeger (SSH)SSHモデルにおけるエッジ状態の輸送に関する研究を行った。先行研究で用いた量子ウォークとSSHモデルは連続体近似を適用すると、両モデルはユニタリー同値なハミルトニアンで記述される。そこで、以前の研究結果を踏まえ、SSHモデルのホッピング項に時間依存性を導入した。その結果、連続体近似がよい近似となるパラメーター領域では、SSHモデルを用いた場合の輸送効率(忠実度)は、量子ウォークを用いた場合と、ほぼ一致することが明らかとなった。一方で、連続体近似がよい近似とならない場合、SSHモデルの輸送効率は急激に低下するが、この状況下におけるローレンツ変換を考慮することにより、より効率のよい輸送手法を明らかにした。
また、本年度は、開放系量子ウォークや非線形性を有する量子ウォークにおけるトポロジカル相についての研究も行った。
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Hokkaido University, 18H04210 - Origin of fractality in complex networks and self-organized criticality
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2019
Yakubo Kousuke
Studying the origin of fractality found in many real-world complex networks, we have obtained the following results. (1) We proposed a model of fractal complex networks based on an SOC dynamics driven by the antagonistic relationship between the growth of a functional network and its cascading overload failure, (2) we have shown a fractal and small-world structures, and their structural crossover in the process of time development of the SOC model, (3) to clarify the role of a long-range repulsive correlation between hub nodes to the fractal property, long-range degree correlations in a complex network have been formulated in a quite general manner, and (4) we have elucidated that fractality cannot be realized only by nearest-neighbor degree correlations but a long-range hub repulsion is closely related to the origin of fractality.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 16K05466 - symmetry and phase transitions for a system with Floquet topological phases
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2019
Obuse Hideaki
We investigate symmetry of a quantum walk with effects of gain and loss. We identify an explicit definition of non-unitary time-evolution operator with PT symmetry, which is important to retain reality of eigen energy. We also study edge states of this model, and find that the probability originating from only edge states grows exponentially with time. We, further, verify the above results experimentally by the quantum walk implemented by optical devices with entangled photons. We confirm that the experimental result agrees with the theoretical prediction. This result provides the strong evidence that open quantum systems can be correctly described by non-Hermitian Hamiltonians with PT symmetry.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, 16K17760 - トポロジカル相を活用した光ダイナミクスの時空間制御
科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2018
小布施 秀明
本研究の目的は、光学系におけるトポロジカル相を活用することにより、光ダイナミクスの制御を行うための理論手法を確立することである。
減衰効果の強い光学系において,減衰効果を制御することは重要である.この観点から,開放系に対し空間-時間反転対称性(PT対称性)を要請し,さらにトポロジカル相に由来するエッジ状態を活用することにより,光の振幅制御を目指した.前年度の研究で得られた理論結果を検証するために,実験グループと国際共同研究を行った.実験では,減衰の効果を高精度に制御することが可能な光学系を構築し,さらにもつれ合った光子対を用いた.実験の結果、エッジ状態の成分のみを選択的に系に残すことなど上記理論予測と非常に良く一致する結果を得た。この研究をまとめた論文は,本年度Nature Physics誌に掲載された.
また,トポロジカル相を活用した光の位置の動的制御という観点から,トポロジカル数の相境界を等速度で変化させることにより,エッジ状態に局在した光の動的安定性についての研究を行った.その結果,トポロジカル相に由来するエッジ状態の運動方程式はDirac方程式であるため、トポロジカル数の相境界が有効光速に近い速度で等速直線運動する系においては,特殊相対論的効果が現れることが分かった.このことを反映し,エッジ状態の移動速度が系の有効的な光速に近づくにつれ,エッジ状態の局在幅はローレンツ収縮により短くなり,移動速度が有効的な光速になると,エッジ状態が消失することが分かった.これは,エッジ状態を移動させる速度の上限はその系における有効光速となることを意味し,応用利用に向け重要な結論が得られた.
日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 16H00975 - Basic reseach for designing functional fractal objects: Structure control and dynamics
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
01 Apr. 2013 - 31 Mar. 2016
Yakubo Kousuke; OBUSE Hideaki
Studying various fractal systems to understand structure formation mechanisms and dynamics in a unified manner, we have obtained the following results. (1) Based on the fact that an order parameter at criticality is distributed with the generalized Gumbel distribution function, the distribution of the fractal dimension characterizing spatial profile of the local order parameter near the critical point generally obeys a triple exponential function, (2) the distribution of the fractal dimension of coastline formed by a self-organized critical (SOC) dynamics obeys the triple exponential function, (3) scale-free networks are robust against cascading failures by temporally fluctuating loads, (4) an SOC model to explain the spontaneous formation of fractal complex networks has been constructed.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 25390113 - Surface states at Anderson transitions in topological phases
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
2013 - 2015
Obuse Hideaki
We have found that two-dimensional surface states of the three dimensional weak topological insulator with a stacked structure remain delocalized irrespective strength of disorder if hoppings between layers are homogeneous. However, if the hoppings between layers induce dimerization effects, electric states of the surface states show a localized-delocalized transition at a certain strength of disorder, whose universality class belongs to the two-dimensional symplectic class. We have also developed an efficient method to numerically calculate the scaling dimension of descendant operators at the two-dimensional integer quantum Hall transition. Furthermore, we have developed systematic procedures to identify symmetry and calculate topological numbers of time-evolution operators which could exhibit Floquet-topological phases. We have succeeded to explain the robustness of surface states of the one-dimensional quantum walk against disorder by using arguments of topological phases.
Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 25800213 - 2次元不規則電子系の新奇現象""共形不変性""と""量子スピンホール効果""に関する研究
科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
2008 - 2010
小布施 秀明
本年度は、トポロジカル相における乱れの寄与を調べるために量子ウォークについての研究を行なった。量子ウォークは、量子アルゴリズムを適用できるため量子コンピューターへの応用として注目されている。実験で実現される多くの1次元量子ウォークはカイラル対称性を有するため、トポロジカル相を持ちうる。そこで、カイラル対称性を有する1次元量子ウォークに対する、空間的または時間的な乱れの寄与について調べた。乱れがないクリーンな量子ウォークでは、エネルギーω=0,π近傍にエネルギーギャップがありエッジ状態が現れるが、弱い空間的な乱れを導入した時でも、エネルギーギャップは閉じないためエッジ状態は安定に残る。一方でω=±π/2に状態密度と局在長の発散が新たに現れる。この発散は、カイラル対称性に加え量子ウォークの時間発展演算子に副格子対称性があるため、ω=±π/2での1次元chiral系のアンダーソン転移に起因することを明らかにした。また、時間的な乱れがある場合は、エッジ状態が消失し、量子ウォークは古典ランダムウォークとして振舞うことも明らかにした。
また、吸収境界による散逸のため電流が保存しない量子ホール系におけるプラトー転移点のコンダクタンス分布と共形不変性に関する研究も行なった。その結果、電流が保存しない散逸系のコンダクタンス分布は、電流が保存する系のものとは異なる臨界性を示すことが分かった。以前の研究では波動関数の絶対値の自乗がprimary operatorに関係すると考えていたが、非エルミートな系への拡張を考えるとより一般的にはポイント・コンタクト・コンダクタンスがprimary operatorに関係するということが分かった。
日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 京都大学, 08J01885 - 2次元ランダム系における臨界現象と共形不変性
科学研究費補助金(若手研究(B))
2008 - 2008
小布施 秀明
文部科学省, 若手研究(B), 独立行政法人理化学研究所, Principal investigator, Competitive research funding, 20740229
