次元を超えて共通する量子もつれの法則の発見~熱的有効理論を用いた新しい量子情報へのアプローチ~

2025-08-06 九州大学

九州大学の楠亀裕哉准教授らの研究チームは、量子もつれを評価する指標「Rényiエントロピー」の高次元における普遍的振る舞いを、素粒子論の手法「熱的有効理論」を応用することで理論的に証明。これまで1+1次元に限定されていた解析を拡張し、量子情報や量子重力理論、量子系シミュレーションの新展開に寄与する成果を得た。研究成果は『Physical Review Letters』に掲載され、Editors’ Suggestionにも選出。

次元を超えて共通する量子もつれの法則の発見~熱的有効理論を用いた新しい量子情報へのアプローチ~
図 「量子もつれ」の解析

<関連情報>

コンフォーマル場理論におけるレニ・エントロピーの普遍性 Universality of Rényi Entropy in Conformal Field Theory

Yuya Kusuki, Hirosi Ooguri, and Sridip Pal
Physical Review Letters  Published: 5 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/fsg7-bs7q

Abstract

We use the thermal effective theory to prove that, for the vacuum state in any conformal field theory in dimensions, the th Rényi entropy () behaves as ()=[⁡/(2⁢⁢)−1]⁢[Area⁡(∂)/(−2)⁢−2]⁢(1+⁡()) in the →0 limit when the boundary of the entanglement domain is spherical with the UV cutoff . The theory dependence is encapsulated in the cosmological constant in the thermal effective action. Using this result, we estimate the density of states for large eigenvalues of the modular Hamiltonian for the domain . In two dimensions, we can use the hot spot idea, which describes the effective action in the high-temperature limit when the temperature is position-dependent, to derive more powerful formulas valid for arbitrary positive . We discuss the difference between two and higher dimensions and clarify the applicability of the hot spot idea. We also use the thermal effective theory to derive an analog of the Cardy formula for boundary operators in higher dimensions.

1701物理及び化学
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