フラストレートした量子磁性体の量子シミュレーション方法を提唱 -- 負の絶対温度をもつ気体の有効利用(青山学院大学・近畿大学)

青山学院大学、近畿大学、理化学研究所の研究グループは、負の絶対温度の原子気体が、物性物理学における難題である「量子磁性体におけるフラストレーションの効果」を解明するためのシミュレータとして機能することを示しました。この成果は、「負の絶対温度」という基礎物理学的な概念が、量子デバイスにおける技術要素として大きな応用の可能性を持っていることを示唆します。本件に関する論文は2020年3月20日にNature Researchの発行する学術雑誌''Communications Physics''に掲載されました。


【本件のポイント】
・負の絶対温度という特異な性質を量子シミュレータの機能として活用することを提案
・量子磁性体におけるフラストレーションの効果という物性物理学の難題の解決に道筋
・精密な数値計算から、量子シミュレーションの案内となる量子相転移点のベンチマークを作成


【内容】
 一般的に「負(マイナス)の温度」と聞くと、冷凍庫の中(マイナス15℃程度)やドライアイス(マイナス78.5℃)などの寒い場所や冷たいものを想像するかもしれません。しかしながら、これらは摂氏温度に基づいて測ったから負になっているのであって、「絶対温度」に基づいて測定すると正(プラス)の温度をとります。
 絶対温度とは、摂氏温度で約マイナス273.15℃を絶対零度(0ケルビン)として測った温度のことです。絶対温度で測定すると、冷凍庫の中はプラス258ケルビン程度、ドライアイスはプラス195ケルビンになります。これらに限らず、私たちの身近にある通常の物質は正の絶対温度を持っています。では、物質の絶対温度を負にすることはできないのでしょうか?

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