双対性が解き明かす「非可逆対称性に守られたトポロジカル相」~新たな量子相の分類と構成法~

2026-01-31 東京大学

南デンマーク大学、東京大学、ゲント大学の研究グループは、「双対性」を用いて、非可逆対称性に守られたトポロジカル相(非可逆SPT相)の分類と構成法を確立した。非可逆対称性は構造が複雑で理解が難しく、対応する量子相の体系的分類は未解決問題だった。本研究は、双対変換により非可逆SPT相が、物理学でよく理解されている自発的対称性の破れ(SSB)相と等価であることを示し、難解な問題を既存理論で扱える形に翻訳した点に特徴がある。特に「Rep(D8)型」と呼ばれる重要な非可逆対称性について、任意の次元での分類に成功し、新たな量子相の存在を予言した。さらに1次元・2次元の具体的格子模型を構成し、境界に現れる特異な量子状態も解明した。本成果は、非可逆対称性研究に直観的理解を与えるとともに、量子物質設計や量子計算リソース探索への理論的基盤となることが期待される。

双対性が解き明かす「非可逆対称性に守られたトポロジカル相」~新たな量子相の分類と構成法~

双対性がつなぐ新奇量子相と対称性の破れ

<関連情報>

非可逆対称性保護位相位相の双対性の観点 Duality Viewpoint of Noninvertible Symmetry-Protected Topological Phases

Weiguang Cao, Masahito Yamazaki, and Linhao Li
Physical Review Letters  Published: 30 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/4zfz-x9xh

Abstract

Recent advancements in generalized symmetries have drawn significant attention to gapped phases of matter exhibiting novel symmetries, such as noninvertible symmetries. By leveraging the duality transformations, the classification and construction of gapped phases with noninvertible symmetry can be mapped to those involving conventional group symmetries. We demonstrate this approach by classifying symmetry-protected-topological phases with a broad class of noninvertible symmetries in arbitrary spacetime dimensions. Our results reveal new classifications that extend beyond those based on group symmetries. Additionally, we construct lattice models in (1+1)⁢ and (2 +1)⁢ that realize these new phases and explore their anomalous interfaces.

1701物理及び化学
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