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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

イベント公式言語: 日本語

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

イベント公式言語: 英語

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

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

イベント公式言語: 英語

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

イベント公式言語: 英語

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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Causality Constraints on Black Hole Thermodynamics in Nonlinear Electrodynamics

2026年3月6日(金) 15:30 - 17:00

吉村 果保 (東京大学 大学院総合文化研究科 博士課程)

Black holes exhibit thermodynamic properties and provide an important window into the quantum aspects of gravity. In this context, nonlinear electrodynamics (NLED) offers a useful framework for constructing and analyzing charged black-hole solutions beyond Maxwell theory. Requiring causality - namely, excluding superluminal signal propagation - imposes nontrivial constraints on the allowed form of the NLED Lagrangian. In this talk, we focus on two quantities: the charge-to-mass ratio and the entropy density (entropy-to-mass squared ratio). The charge-to-mass ratio is expected to obey a monotonic behavior consistent with the Weak Gravity Conjecture, while the entropy density is also anticipated to be monotonic, reflecting the expectation that higher-energy effective theories contain more degrees of freedom. We show that these monotonic behaviors follow directly from the causality constraints on the NLED sector.

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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Non-perturbative geodesic length in JT gravity and universal time evolution of holographic complexity

2026年3月2日(月) 16:00 - 17:00

渋谷 翔之 (名古屋大学 博士課程)

The interplay between black hole interior dynamics and quantum chaos provides a crucial framework for probing quantum effects in quantum gravity. According to the holographic "Complexity=Volume" proposal, we investigated non-perturbative generating function of geodesic length in Jackiw-Teitelboim (JT) gravity to uncover universal signatures of quantum chaos and quantum complexity. We observed that the generating function interpolates between two major probes of quantum chaos - spectral form factor and complexity - highlighting its utility as a probe of chaotic spectrum in quantum gravity. Generalizing the result to general chaotic systems, we demonstrated that time evolution of the complexity is universally governed by a certain pole structure of observables, suggesting a validity of wide class of observables as a probe of quantum chaos in quantum gravity.

会場: via Zoom / 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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理化学研究所-奈良女子大学理学部合同 ダイバーシティ推進ワークショップ 2026

2026年3月2日(月) - 3日(火)

理化学研究所数理創造研究センター(iTHEMS)と奈良女子大学理学部は、理化学研究所ダイバーシティ推進室の後援を得て女性研究者育成事業を進めている。その一環として、奈良女子大学の学部生・大学院生21名が、理化学研究所和光キャンパスの複数の研究室を訪問し、研究内容について質疑を行うとともに、iTHEMSの研究者とワークショップを開催する。 主催：理化学研究所数理創造研究センター、奈良女子大学理学部 3月2日（月） 13:15-14:15 脳神経科学研究センター（CBS）（C56 池之端棟） 多階層精神疾患研究チーム（林朗子チームディレクター） 14:30-15:45 数理創造研究センター(iTHEMS) (C01 研究本館、4階435-437号室) iTHEMSの紹介：初田哲男（iTHEMS数理展開部門長） 講演と質疑 大矢めぐみ (iTHEMS医科学データ駆動数理チーム 特別研究員) 16:00-17:30 数理創造研究センター(iTHEMS) (C01 研究本館、4階435-437号室) 講演と質疑：レオ・シュパイデル（iTHEMS ECL研究ユニットリーダー） 　 18:00-20:30 情報交換会（C01, 研究本館3F東側（大河内ホール側）） 3月3日（火） 9:00-10:30 仁科センターRIBF施設 (RNC) 11:15-12:00 量子コンピュータセンター(RQC) 光量子制御研究チーム（米澤 英宏チームディレクター）

会場: 理化学研究所 和光キャンパス

イベント公式言語: 日本語

RIKEN iTHEMS-Kyoto University joint workshop on Asymptotics in Astrophysics and Cosmology

2026年3月2日(月) - 4日(水)

This joint workshop will bring together physicists and mathematicians who work with asymptotics and perturbation theory techniques. This includes theorists in cosmology, high energy physics, quantum gravity, solar physics, astrophysics. Workshop overview Over three days, there will be approximately 15 invited (1 hour slot) or contributed (20-30 min slot) talks about: Fundamental asymptotics and perturbation theory techniques used in theoretical physics. Various applications of asymptotics and perturbation theory techniques in (wave transport or oscillation related) astrophysics and cosmology eigenvalue problems. The workshop will also feature hands-on Mathematica and Python tutorials introducing: Practical use of WKB methods in applied mathematics for any “Schrodinger-like” wave equations, Resummation methods in high energy theory, Deriving normal modes in stars, and their application to tidal evolution in binary star or planet systems, Eigenvalue problems in core collapse supernova theory.

会場: 融合連携イノベーション推進棟（IIB） 8階

イベント公式言語: 英語

Testing the quantum nature of gravity with optomechanical systems

2026年2月26日(木) 10:00 - 12:00

道村 唯太 (東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻 助教)

Quantum gravity remains one of the major challenges in modern physics. Even at the most fundamental level, there is no experimental confirmation of whether a mass placed in a spatial superposition generates a corresponding superposition of gravitational fields. In recent years, experiments aiming to create gravity-induced quantum entanglement have attracted significant attention as a way to probe the quantum nature of non-relativistic gravity. In particular, optomechanical systems, which exploit the interaction between light and mechanical oscillators, provide a promising platform for such studies. We are pursuing experiments at the milligram scale, which lies between the smallest mass scale at which classical gravity has been tested and the largest mass scale at which quantum states of mechanical oscillators have been realized [1]. In this seminar, I will discuss experimental approaches to testing the quantum nature of gravity using suspended and levitated mirrors. I will also discuss our recent proposal to use inverted oscillators to enhance gravity-induced entanglement exponentially [2].

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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Noninvertible symmetry protected topological phases on lattice

2026年2月25日(水) 10:30 - 11:30

Weiguang Cao (PD, Centre for Quantum Mathematics, University of Southern Denmark, Denmark)

The recent discovery of noninvertible symmetries—a radical extension of conventional symmetry—has challenged long-standing paradigms in condensed matter physics and quantum information and opened new territory in both theory and technology. Unlike ordinary symmetries, which can be inverted, these symmetries behave like projections (one-way operations) yet still strongly constrain quantum dynamics and enable new classes of phases and phase transitions. However, their role in organizing and stabilizing novel quantum phases remains poorly understood. One important example is a symmetry protected topological (SPT) phase, characterized by nontrivial edge modes and potential applications in quantum information. In this talk, I will discuss the classification of noninvertible symmetry-protected topological (NISPT) phases in both closed and open quantum systems using a duality-based method, and present concrete lattice realizations. These lattice models provide controlled playgrounds in which the physics of noninvertible symmetry can be explored numerically and, potentially, experimentally.

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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Spectral Codes : A Geometric Formalism for QEC

2026年2月19日(木) 15:00 - 16:30

菅野 聡 (ソフトバンク株式会社 先端技術研究所 研究員)

In this talk, I will introduce a novel geometric framework for quantum error correction based on spectral triples in noncommutative geometry. In this formulation, quantum error-correcting codes are described as spectral projections onto the low-energy eigenspaces of Dirac-type operators, where the separation between logical information and local errors is captured geometrically. This approach provides a unified spectral and geometric understanding of key properties such as code distance and error thresholds. Moreover, it accommodates various existing codes, including classical linear codes, stabilizer codes, GKP codes, and topological codes. This geometric perspective also suggests intriguing connections to deformation quantization and holographic quantum error correction, offering promising directions for future research.

会場: セミナー室 (359号室) 3階 359号室

イベント公式言語: 英語