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Uniform Matrix Product States for Hamiltonian Lattice Gauge Theories: Methods and Applications

2026年4月28日(火) 16:00 - 17:30

藤倉 浩平 (京都大学 基礎物理学研究所 基研特任助教)

会場: セミナー室 (359号室) (メイン会場) / via Zoom

イベント公式言語: 英語

Seeing Photons, from Einstein to Bohr to Hanbury Brown-Twiss and related Hong-Ou-Mandel Interference Phenomena

2026年4月22日(水) 15:00 - 16:30

ゴードン・ベイム (Professor Emeritus, University of Illinois, USA)

Why do we believe that the electromagnetic field is quantized, and photons exist? This talk will focus on two ways that the quantization of the electromagnetic field manifests itself in interference experiments. Bohr, who initially doubted photons after Einstein's initial proposal of the photon to explain the photoeffect, eventually proposed a thought experiment showing that the consistency of elementary quantum mechanics at the level of two slit diffraction requires the quantization of the electromagnetic field. In addition, as I will argue, both Hanbury Brown-Twiss interferometry and the closely related Hong-Ou-Mandel effect provide yet another way to see that the electromagnetic field must be quantized.

会場: セミナー室 (359号室) (メイン会場) / via Zoom

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Quantum Computing of Molecular Properties for Fundamental Physics

2026年4月21日(火) 16:30 - 18:00

プラディヨット・プリタム・サフー (東京大学 大学院理学系研究科 大学院外国人研究生)

This is the self-introduction talk by Pradyot Pritam Sahoo. Pradyot is a Student Trainee in iTHEMS.

会場: セミナー室 (359号室) (メイン会場) / via Zoom

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Quantum generative learning via diffusion

2026年4月21日(火) 10:00 - 11:00

Zhang Bingzhi (PostDoc, University of Southern California, USA)

Deep generative models are key-enabling technology to computer vision, text generation, and large language models. Generative models for quantum data offer a promising route toward learning and preparing complex quantum-state ensembles. In this talk, I will introduce the quantum denoising diffusion probabilistic model (QuDDPM) [1], which adapts the diffusion-model idea to quantum systems through a forward randomization process and a trainable backward denoising dynamics. I will discuss how this framework enables stepwise learning of target quantum state ensembles and demonstrate its capabilities in various learning tasks. I will then present its extension to mixed states to eliminate the need for scrambling [2]. I will conclude with a brief discussion of recent results on scaling laws of quantum information lifetime in monitored quantum dynamics, emphasizing how mid-circuit measurements can maintain information and provide useful intuition for measurement-assisted quantum machine learning.

会場: via Zoom

イベント公式言語: 英語

Analytical parametrization of the primordial power spectrum in effective Loop Quantum Cosmology

2026年4月20日(月) 13:00 - 14:00

Almudena Sánchez Guillén (Ph.D. Student, Institute of Structure of Matter (IEM-CSIC), Spain)

We investigate the imprints on the angular power spectra of cosmological perturbations of a pre-inflationary bounce phase, as described by the hybrid and dressed metric approaches to loop quantum cosmology. For this purpose, we derive a new parametrization of the primordial power spectrum at the end of the inflationary regime. Apart from slow-roll coefficients and cosmological parameters that are present in the standard cosmological scenario without quantum modifications, this parametrization additionally depends only on pre-inflationary physics. More specifically, we find a dependence on the number of e-folds during the bounce epoch and on a characteristic suppression scale which, given the e-folds accumulated during cosmic evolution, is determined by the energy density at the bounce.

会場: via Zoom / セミナー室 (359号室)

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RIKEN Seminar: Formulation of Life Phenomena from Quantum Theory

2026年4月16日(木) 14:00 - 16:05

13:45 Opening 14:00-14:05 Introduction Atsushi Iriki (Teikyo University Advanced Comprehensive Research Organization Division of Artificial Intelligence, RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)) 14:05-14:35 "Interpretation of Life Phenomena Using Quantum Wave Functions and Field Theory" Kazuhiro Sakurada (Keio University Medical School and RIKEN Center for Integrative Medical Sciences (IMS), Predictive Medicine Special Project (PMSP)) 14:35-14:45 Q&A 14:45-15:30 "Bridging neurophysiology and quantum-like cognition" Andrei Khrennikov (Center for Mathematical Modeling in Physics and Cognitive Sciences Linnaeus University) 15:30-15:45 Q&A 15:45-16:00 "Quantum-Like Measurement" Masanao Ozawa (RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN TRIP FQSP, and Nagoya University) 16:00-16:05 Closing Remarks Satoshi Iso (Director, RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)) Host Laboratory: Predictive Medicine Special Project, RIKEN Center for Integrative Medical Sciences (IMS) / RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Science (iTHEMS) *Registration is required by April 14 via the registration form. Contact: Predictive Medicine Special Project (pmsp-web@ml.riken.jp)

会場: 理化学研究所 和光キャンパス 脳科学池の端研究棟（建物番号C56）3階305

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From Classical Definiteness to Geometric Predictability: Complementarity, Coherence, and Thermodynamic Triality

2026年4月10日(金) 15:30 - 17:00

Ezra Acalapati Madani (Ph.D. Student, Laboratoire de Physique de l'École Normale Supérieure, France)

Wave–particle complementarity is one of the central principles of quantum mechanics, traditionally quantified through the Englert–Greenberger–Yasin relation between which-way information and interference visibility. In higher-dimensional and resource-theoretic settings, however, visibility is no longer unique, and it becomes natural to reformulate complementarity in terms of basis-dependent predictability, coherence, and mixedness. In this talk, I present two related works along this line. First, I discuss an exact complementarity relation between classical definiteness and quantumness, where definiteness is defined operationally through the resilience of a quantum state under nonselective dichotomic yes/no measurements, while the complementary quantum contribution is quantified using a Kirkwood–Dirac-based notion of coherence/interference motivated by recent KD-based coherence measures. Second, I introduce a geometric predictability defined by the Bures distance between the dephased state and the maximally mixed state. This predictability depends only on the observed measurement statistics and admits a closed form in terms of the Bhattacharyya overlap. For pure states, it satisfies an exact complementarity relation with nonclassical Kirkwood–Dirac coherence; for mixed states, this motivates a convex-roof extension whose operational meaning is the classically irreducible part of measurement randomness, with implications for guessing probability and min-entropy. Finally, motivated by the decomposition of entropy production into population and coherence contributions in quantum thermodynamics, and by standard wave–particle–mixedness triality relations, I show how the usual predictability–coherence duality can be promoted into a triality relation involving predictability, coherence, and mixedness. Altogether, the talk connects wave–particle duality, coherence resource theories, operational guessing tasks, and thermodynamic balance relations within a unified framework.

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室

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非可換ゲージ理論の量子シミュレーション

2026年4月7日(火) 18:00 - 19:30

花田 政範 (Reader, School of Mathematical Sciences, Queen Mary University of London, UK)

Kogut-Susskingハミルトニアンを用いればゲージ理論の量子シミュレーションができ、高エネルギー物理学の様々な問題を解けるはずであると言われて久しいのですが、実際にどのような研究がなされたのかを調べてみると、非可換ゲージ理論に関する論文が極端に少ないことに気が付きます。これは、Kogut-Susskingハミルトニアンは非可換ゲージ理論の場合にはとても複雑で、量子回路を構成する（ = プログラムをコンパイルする）以前に、そもそもハミルトニアンをqubitの言葉に書き直すための一般論すら存在しないからです。具体的には、無限次元のヒルベルト空間を正則化して有限自由度で近似する際に、SU(N)のような非自明な群多様体をどう扱えば良いのかが分かっていません。 この問題は、Kogut-Susskingハミルトニアンではなくてもっと筋の良いハミルトニアンを用いることで容易に回避できます。具体的には、Kaplan, Katz, Unsalによって構成されたorbifold lattice Hamiltonianを用いるのが便利です。Orbifold lattice Hamiltonianはゲージ場とスカラー場が相互作用する系を記述しますが、スカラー場は連続極限には寄与しません。（大きな質量を手で与えてUVの物理にすら寄与しなくすることも可能です。）しかし、ゲージ場とスカラー場をまとめて複素行列として記述するので、リンク変数がSU(N)ではなく\mathbb{C}^{N^2} = \mathbb{R}^{2N^2}に値をとります。たったこれだけの違いで、無限次元のヒルベルト空間の正則化が劇的に簡単になり、任意のSU(N)について効率的な量子回路を解析的に書き下すことが可能になります。 本講義では、量子シミュレーションの基礎から出発し、QCDを含む一般的な非可換ゲージ理論の時間発展を記述する量子回路を構成してシミュレーションコストを見積もるところまで解説したいと思います。 (3/24, 3/31, 4/7 の3回シリーズ)

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室とZoomのハイブリッド開催

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Quantum Computation SG seminar 2026

2026年4月7日(火) 15:00 - 17:00

Self-introductions (name + research interests) and discussion about study group activities in FY2026.

会場: セミナー室 (359号室) (メイン会場) / via Zoom

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Tensor networks for QCD in the strong-coupling expansion

2026年4月2日(木) 15:30 - 17:00

Tilo Wettig (Professor, Universität Regensburg, Germany)

We present the order-separated Grassmann higher-order tensor renormalization group (OS-GHOTRG) method for QCD with staggered quarks in the strong-coupling expansion. Themethod allows us to determine the expansion coefficients of the partition function, from which we can obtain the strong-coupling expansions of thermodynamical observables. We use the method in two dimensions to compute the free energy, the particle-number density, and the chiral condensate as a function of the chemical potential up to third order in the inverse coupling 𝛽. Although the expansion itself is only a good approximation to the full theory at small 𝛽, we show that in the vicinity of the phase transition the range of applicability can be greatly extended by fits to judiciously chosen transition functions. These fits also yield a valuable expansion of the critical chemical potential in 𝛽. https://www.uni-regensburg.de/physics/hep/people/professors/wettig/index.html

会場: セミナー室 (359号室) (メイン会場) / via Zoom

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非可換ゲージ理論の量子シミュレーション

2026年3月31日(火) 18:00 - 19:00

花田 政範 (Reader, School of Mathematical Sciences, Queen Mary University of London, UK)

Kogut-Susskingハミルトニアンを用いればゲージ理論の量子シミュレーションができ、高エネルギー物理学の様々な問題を解けるはずであると言われて久しいのですが、実際にどのような研究がなされたのかを調べてみると、非可換ゲージ理論に関する論文が極端に少ないことに気が付きます。これは、Kogut-Susskingハミルトニアンは非可換ゲージ理論の場合にはとても複雑で、量子回路を構成する（ = プログラムをコンパイルする）以前に、そもそもハミルトニアンをqubitの言葉に書き直すための一般論すら存在しないからです。具体的には、無限次元のヒルベルト空間を正則化して有限自由度で近似する際に、SU(N)のような非自明な群多様体をどう扱えば良いのかが分かっていません。 この問題は、Kogut-Susskingハミルトニアンではなくてもっと筋の良いハミルトニアンを用いることで容易に回避できます。具体的には、Kaplan, Katz, Unsalによって構成されたorbifold lattice Hamiltonianを用いるのが便利です。Orbifold lattice Hamiltonianはゲージ場とスカラー場が相互作用する系を記述しますが、スカラー場は連続極限には寄与しません。（大きな質量を手で与えてUVの物理にすら寄与しなくすることも可能です。）しかし、ゲージ場とスカラー場をまとめて複素行列として記述するので、リンク変数がSU(N)ではなく\mathbb{C}^{N^2} = \mathbb{R}^{2N^2}に値をとります。たったこれだけの違いで、無限次元のヒルベルト空間の正則化が劇的に簡単になり、任意のSU(N)について効率的な量子回路を解析的に書き下すことが可能になります。 本講義では、量子シミュレーションの基礎から出発し、QCDを含む一般的な非可換ゲージ理論の時間発展を記述する量子回路を構成してシミュレーションコストを見積もるところまで解説したいと思います。 (3/24, 3/31, 4/7 の3回シリーズ)

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室とZoomのハイブリッド開催

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QFT as a set of ODEs

2026年3月27日(金) 13:30 - 15:30

Qiao Jiaxin (東京大学 カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU) 特任研究員)

Correlation functions of local operators in Quantum Field Theory (QFT) on hyperbolic space can be fully characterized by the set of QFT data. These are the scaling dimensions of boundary operators, the boundary Operator Product Expansion (OPE) coefficients and the Boundary Operator Expansion (BOE) coefficients that characterize how each bulk operator can be expanded in terms of boundary operators. For simplicity, we focus on two dimensional QFTs and derive a universal set of first order Ordinary Differential Equations (ODEs) that encode the variation of the QFT data under an infinitesimal change of a bulk relevant coupling. In principle, our ODEs can be used to follow a renormalization group flow starting from a solvable QFT into a strongly coupled phase and to the flat space limit.

会場: via Zoom (メイン会場) / セミナー室 (359号室)

イベント公式言語: 英語

非可換ゲージ理論の量子シミュレーション

2026年3月24日(火) 18:00 - 19:00

花田 政範 (Reader, School of Mathematical Sciences, Queen Mary University of London, UK)

Kogut-Susskingハミルトニアンを用いればゲージ理論の量子シミュレーションができ、高エネルギー物理学の様々な問題を解けるはずであると言われて久しいのですが、実際にどのような研究がなされたのかを調べてみると、非可換ゲージ理論に関する論文が極端に少ないことに気が付きます。これは、Kogut-Susskingハミルトニアンは非可換ゲージ理論の場合にはとても複雑で、量子回路を構成する（ = プログラムをコンパイルする）以前に、そもそもハミルトニアンをqubitの言葉に書き直すための一般論すら存在しないからです。具体的には、無限次元のヒルベルト空間を正則化して有限自由度で近似する際に、SU(N)のような非自明な群多様体をどう扱えば良いのかが分かっていません。 この問題は、Kogut-Susskingハミルトニアンではなくてもっと筋の良いハミルトニアンを用いることで容易に回避できます。具体的には、Kaplan, Katz, Unsalによって構成されたorbifold lattice Hamiltonianを用いるのが便利です。Orbifold lattice Hamiltonianはゲージ場とスカラー場が相互作用する系を記述しますが、スカラー場は連続極限には寄与しません。（大きな質量を手で与えてUVの物理にすら寄与しなくすることも可能です。）しかし、ゲージ場とスカラー場をまとめて複素行列として記述するので、リンク変数がSU(N)ではなく\mathbb{C}^{N^2} = \mathbb{R}^{2N^2}に値をとります。たったこれだけの違いで、無限次元のヒルベルト空間の正則化が劇的に簡単になり、任意のSU(N)について効率的な量子回路を解析的に書き下すことが可能になります。 本講義では、量子シミュレーションの基礎から出発し、QCDを含む一般的な非可換ゲージ理論の時間発展を記述する量子回路を構成してシミュレーションコストを見積もるところまで解説したいと思います。 (3/24, 3/31, 4/7 の3回シリーズ)

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室とZoomのハイブリッド開催

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Quantum States Over Time: From Foundations To Applications

2026年3月24日(火) 15:30 - 17:00

Minjeong Song (Research Fellow, Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore)

In this talk, I will introduce quantum states over time (QSOT), a formalism for describing quantum systems over space-time. I will begin by reviewing how QSOT has emerged in the literature. While conventional density operator formalism has been effective across many areas of quantum information theory, QSOT was developed to meet more specialized research needs— most notably, as a key ingredient to develop a quantum version of Bayes’ theorem. I will end the first part of my talk by comparing various QSOT that have been proposed. In the second part, I will discuss the causal compatibility problem as an application of QSOT. I will focus on the temporal compatibility problem, which asks the following: from correlations in measurement outcomes alone, can two otherwise isolated parties establish whether such correlations are atemporal (i.e., temporally incompatible)? That is, can they rule out that they have been given the same system at two different times? I will first explain how characterizing measurement statistics in a causal agnostic scenario is equivalent to characterizing a specific type of QSOT, known as pseudo-density operators. I will then present our recent findings obtained by analyzing pseudo-density operators; In particular, we demonstrate that atemporality is distinct from entanglement, though they appear to be equivalent at first glance. Specifically, we show atemporality implies entanglement, but not vice versa, thus revealing that atemporality is a strictly stronger form of quantum correlations than entanglement. Nevertheless, we also find that sufficiently strong entanglement does imply atemporality.

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室

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Useless Science & Art 〜“役に立たない”科学とアートの有用性〜

2026年3月21日(土) 14:00 - 15:30

磯 暁 (理化学研究所 数理創造研究センター (iTHEMS) センター長)
初田 哲男 (理化学研究所 領域総括)
小塚 仁篤 (株式会社ADKマーケティング・ソリューションズ クリエイティブディレクター)
児玉 悠 (株式会社ADKマーケティング・ソリューションズ エクスペリエンスデザイナー)

量子ブラックホール理論に着想を得たアート作品 「Black Hole Recorder」 を入口に、科学とアートの関係を探るトークイベントを開催します。 本イベントでは、量子力学誕生から100年の歴史、最先端の量子宇宙論、そして「1500年先の未来に何を残すべきか」という問いまで、科学者とクリエイターが対話を通して考えます。 一見すると役に立たないように見える研究や表現は、長い時間をかけて未来の革新を生み出してきました。科学者の「未知への好奇心」と、アーティストの想像力がどのように重なり合い、新しい発想を生み出すのか。 作品 「Black Hole Recorder」 のコンセプトや制作背景、最新の量子ブラックホール研究について紹介するとともに、科学とアートの視点から未来の可能性を語り合います。さらに、実際に Black Hole Recorder で録音された音源を体験できるコーナー も予定しています。 科学とアートが交差する特別な対話の場に、ぜひご参加ください。

会場: 東京都現代美術館

Perspectives and applications of Koopman Operator Theory

2026年3月19日(木) 9:00 - 18:00

薄 良彦 (京都大学 大学院工学研究科 教授)
中尾 裕也 (東京科学大学 工学院 システム制御系 教授)
Alexandre Mauroy (Associate Professor, Mathematics, University of Namur, Belgium)
加藤 譲 (公立はこだて未来大学 システム情報科学部 複雑系知能学科 准教授)

PROGRAM: 9h45 - 10h15 Registration & Coffee 10h15 - 10h20 Opening Remarks - Satoshi Iso (RIKEN), Director of iTHEMS 10h20 - 11h20 SESSION 1 - Chair: Tetsuo Hatsuda (RIKEN) Yoshihiko Susuki (Kyoto University): Koopman resolvents in dynamical systems and control 11h20 -11h40 Free Discussions 11h40 - 13h00 Lunch Break & Discussions 13h00-14h00 SESSION 2 - Chair: Narumi Fujii (Institute of Science Tokyo) Alexandre Mauroy (University of Namur, Belgium): Analytic EDMD method for spectral analysis of fixed point dynamics 14h00 - 14h30 Coffee Break & Discussions 14h30 - 15h30 SESSION 3 - Chair: Tetsuo Hatsuda (RIKEN) Hiroya Nakao (Institute of Science Tokyo): Koopman operator analysis of coupled oscillator systems 15h30 - 16h00 Coffee Break & Discussions 16h00 - 17h00 SESSION 4 - Chair: Riccardo Muolo (RIKEN) Yuzuru Kato (Future University Hakodate): Analysis of quantum nonlinear oscillators on the basis of Koopman operator theory 17h00 - 17h05 Closing Remarks - Tetsuo Hatsuda, Chair of the Workshop 17h05 - 18h00 Free Discussions

会場: 研究本館 5階 535-537号室

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Testing the quantum nature of gravity "ab absurdo"

2026年3月18日(水) 14:00 - 16:00

Emanuele Panella (Postdoctoral Researcher, Tor Vergata University of Rome, Italy)

The quest for a quantum description of gravity has been long, diverse, and productive. Yet, despite decades of theoretical progress, there is still no direct experimental evidence for the quantum nature of spacetime. In this talk, I explore an alternative, indirect route to probing quantum gravity by assuming the fundamental classicality of the gravitational field and examining the resulting observational conflicts. In particular, I will discuss a key consistency condition—known as the decoherence–diffusion trade-off—that any theory of fundamentally classical gravity coupled to quantum matter must satisfy. By analysing a toy model of a linearised classical–quantum (CQ) gravity–matter system, I will explicitly show how this trade-off implies unavoidable, measurable effects, such as a fundamental stochastic gravitational-wave background, which cannot be eliminated by fine-tuning the model parameters.

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室とZoomのハイブリッド開催

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Quantum modular form and quantum invariants

2026年3月13日(金) 14:00 - 16:00

村上 友哉 (理化学研究所 数理創造研究センター (iTHEMS) 数理基礎部門 研究員)

Quantum invariants are invariants of knots and 3-manifolds which relate deeply to mathematical physics and representation theory. In recent years, it has become increasingly clear that it is also deeply related to number theory, that is, quantum modularity for quantum invariants. This topic is interesting from a topological viewpoint since this is a refinement of establishing asymptotic expansions of quantum invariants, which is an important problem in quantum topology, and is interesting from a number-theores[tic viewpoint since this gives examples of quantum modular forms, which are mysterious objects in number theory. I obtained two linked results on topology and number theory: Establishing explicit asymptotic expansions of quantum invariants for negative definite plumbed 3-manifolds and establishing quantum modularity of false theta functions in full generality. In this talk, I will outline previous progress on quantum modularity for quantum invariants and my results.

会場: via Zoom / セミナー室 (359号室)

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KEK-iTHEMS Workshop “Concepts of Quantum and Spacetime”

2026年3月9日(月) - 12日(木)

The two fundamental questions—“What is quantum?” and “What is spacetime?”—are deeply intertwined. On one hand, the formulation and interpretation of quantum theory depend both implicitly and explicitly on our conceptions of time and space. On the other hand, we believe that fully taking into account the quantum character of nature will force us to revise our understanding of spacetime. These two conceptual problems lie at the heart of the unsolved challenge of how to quantize classical spacetime, and conversely, how (semi-) classical descriptions of spacetime emerge from quantum theory. Furthermore, if the entire matter-spacetime system is a kind of quantum many-body system, thermodynamics—which governs its statistical behaviors—should play a key role in elucidating these problems. This workshop will discuss the question “How can quantum theory and spacetime be understood in a consistent manner?” from a fundamental and broad perspective. To tackle this challenge, we gather researchers in foundations of quantum theory, quantum gravity, and related fields from around the world, providing a "space and time" to share various ideas with open minds and engage in lively discussions. By exploring new concepts and principles, we hope to uncover directions to guide quantum theory over the next 100 years. This workshop covers… Foundations of quantum theory Quantum gravity and emergence of spacetime Formulation of semi-classical gravity Experimental aspects of fundamental properties in nature and quantum gravity Foundations of quantum many-body systems and thermodynamics Other related topics are welcome. We welcome short talk presentations and poster presentations. This event is a workshop jointly organized by KEK Theory Center and RIKEN iTHEMS.

会場: Seminar Hall, Building 3, KEK

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