研究者詳細

顔写真

ホツタ　マサヒロ
堀田　昌寛
Masahiro Hotta
所属
大学院理学研究科　物理学専攻　量子基礎物理学講座（素粒子・宇宙理論分野）
職名
助教
学位

  • 博士（理学）（東北大学）

e-Rad 研究者番号
60261541
プロフィール
研究テーマ：量子情報物理学
キーワード：量子情報、量子エンタングルメント、ブラックホール、量子エネルギーテレポーテーション

委員歴 2

  • The Royal Society　member of the Society’s Proceedings A Editorial Board

    2014年1月 ～ 2019年12月

  • International Society for Relativistic Quantum Information　group leader working on Relativistic Quantum information in the Asian continent

    2014年1月 ～ 2018年12月

論文 50

  1. シュレディンガー方程式の確率ベクトル表示とレゲット＝ガーグ的実験について 査読有り

    109　062224　2024年6月20日

  2. 量子ホール系に量子宇宙を再現する 招待有り 査読有り

    遊佐剛, 堀田昌寛

    応用物理　92　(2)　112-115　2023年2月

    DOI： 10.11470/oubutsu.92.2_112 　

  3. Strong chaos of fast scrambling yields order: Emergence of decoupled quantum information capsules 査読有り

    Hotta Masahiro, Yamaguchi Koji

    PHYSICS LETTERS A　384　(3)　2020年1月31日

    DOI： 10.1016/j.physleta.2019.126078 　

    ISSN：0375-9601

  4. Quantum information capsule and information delocalization by entanglement in multiple-qubit systems 査読有り

    Yamaguchi Koji, Watamura Naoki, Hotta Masahiro

    PHYSICS LETTERS A　383　(12)　1255-1259　2019年4月10日

    DOI： 10.1016/j.physleta.2019.01.036 　

    ISSN：0375-9601

  5. Spatially overlapped partners in quantum field theory 査読有り

    Trevison Jose, Yamaguchi Koji, Hotta Masahiro

    JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND THEORETICAL　52　(12)　2019年3月22日

    DOI： 10.1088/1751-8121/ab065b 　

    ISSN：1751-8113

  6. Pure state entanglement harvesting in quantum field theory 査読有り

    Trevison Jose, Yamaguchi Koji, Hotta Masahiro

    PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS　(10)　2018年10月

    DOI： 10.1093/ptep/pty109 　

    ISSN：2050-3911

  7. Soft-Hair-Enhanced Entanglement beyond Page Curves in a Black Hole Evaporation Qubit Model 査読有り

    Masahiro Hotta, Yasusada Nambu, Koji Yamaguchi

    Physical Review Letters　120　(18)　2018年5月4日

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.120.181301 　

    ISSN：1079-7114 0031-9007

    eISSN：1079-7114

  8. Transmission and reflection of charge-density wave packets in a quantum Hall edge controlled by a metal gate 査読有り

    Masahiro Matsuura, Takaaki Mano, Takeshi Noda, Naokazu Shibata, Masahiro Hotta, Go Yusa

    APPLIED PHYSICS LETTERS　112　(6)　2018年2月

    DOI： 10.1063/1.5009373 　

    ISSN：0003-6951

    eISSN：1077-3118

  9. Gravitational memory charges of supertranslation and superrotation on Rindler horizons 査読有り

    Masahiro Hotta, Jose Trevison, Koji Yamaguchi

    PHYSICAL REVIEW D　94　(8)　2016年10月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.94.083001 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  10. The fall of the black hole firewall: natural nonmaximal entanglement for the Page curve 査読有り

    Masahiro Hotta, Ayumu Sugita

    PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS　(12)　2015年12月

    DOI： 10.1093/ptep/ptv170 　

    ISSN：2050-3911

  11. Partner particles for moving mirror radiation and black hole evaporation 査読有り

    M. Hotta, R. Schützhold, W. G. Unruh

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　91　(12)　2015年6月22日

    出版者・発行元： American Physical Society

    DOI： 10.1103/PhysRevD.91.124060 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  12. Quantum energy teleportation across a three-spin Ising chain in a Gibbs state 査読有り

    Jose Trevison, Masahiro Hotta

    JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND THEORETICAL　48　(17)　2015年5月

    DOI： 10.1088/1751-8113/48/17/175302 　

    ISSN：1751-8113

    eISSN：1751-8121

  13. 量子エネルギーテレポーテーション 招待有り 査読有り

    堀田昌寛, 遊佐剛

    日本物理学会誌　9　613-622　2014年9月

  14. Strong local passivity in finite quantum systems 査読有り

    Michael Frey, Ken Funo, Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW E　90　(1)　2014年7月

    DOI： 10.1103/PhysRevE.90.012127 　

    ISSN：1539-3755

    eISSN：1550-2376

  15. Black hole firewalls require huge energy of measurement 査読有り

    Masahiro Hotta, Jiro Matsumoto, Ken Funo

    PHYSICAL REVIEW D　89　(12)　2014年6月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.89.124023 　

    ISSN：1550-7998

    eISSN：1550-2368

  16. Quantum energy teleportation without a limit of distance 査読有り

    Masahiro Hotta, Jiro Matsumoto, Go Yusa

    PHYSICAL REVIEW A　89　(1)　2014年1月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.89.012311 　

    ISSN：1050-2947

    eISSN：1094-1622

  17. Quantum energy teleportation between spin particles in a Gibbs state 査読有り

    Michael R. Frey, Karl Gerlach, Masahiro Hotta

    Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical　46　(45)　2013年11月15日

    DOI： 10.1088/1751-8113/46/45/455304 　

    ISSN：1751-8113 1751-8121

  18. Ground-state-entanglement bound for quantum energy teleportation of general spin-chain models 査読有り

    Masahiro Hotta

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics　87　(3)　2013年3月11日

    DOI： 10.1103/PhysRevA.87.032313 　

    ISSN：1050-2947 1094-1622

  19. Ground-state-entanglement bound for quantum energy teleportation of general spin-chain models 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW A　87　(3)　2013年3月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.87.032313 　

    ISSN：2469-9926

    eISSN：2469-9934

  20. Quantum energy teleportation enabled by thermal discord 査読有り

    Michael R. Frey, Masahiro Hotta

    QUANTUM INFORMATION AND COMPUTATION XI　8749　2013年

    DOI： 10.1117/12.2012356 　

    ISSN：0277-786X

  21. Quantum energy teleportation in a quantum Hall system 査読有り

    Go Yusa, Wataru Izumida, Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW A　84　(3)　2011年9月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.84.032336 　

    ISSN：1050-2947

  22. Passivity breaking of a local vacuum state in a quantum Hall system

    Go Yusa, Wataru Izumida, Masahiro Hotta

    Quantum Physics　1101　2766v1-1-2766v1-4　2011年1月14日

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    We propose an experimental method for extracting the zero-point energy from a local vacuum state by performing local operations and classical communication (LOCC). We model a quantum Hall edge channel as a quantum entangled many-body channel and the zero-point fluctuation in the charge density of the channel as the vacuum state. We estimate the order of the energy gain using reasonable experimental parameters. Such a quantum feedback system breaks the passivity of a local vacuum state. It can be used to demonstrate Maxwell's demon or quantum energy teleportation in which no physical entity transports energy.

  23. Quantum energy teleportation with a linear harmonic chain 査読有り

    Yasusada Nambu, Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW A　82　(4)　2010年10月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.82.042329 　

    ISSN：1050-2947

  24. Energy entanglement relation for quantum energy teleportation 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICS LETTERS A　374　(34)　3416-3421　2010年7月

    DOI： 10.1016/j.physleta.2010.06.058 　

    ISSN：0375-9601

  25. Quantum energy teleportation with an electromagnetic field: discrete versus continuous variables 査読有り

    Masahiro Hotta

    JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND THEORETICAL　43　(10)　2010年3月

    DOI： 10.1088/1751-8113/43/10/105305 　

    ISSN：1751-8113

  26. Controlled Hawking process by quantum energy teleportation 査読有り

    Masahiro Hotta

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　81　(4)　2010年2月16日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.81.044025 　

    ISSN：1550-7998 1550-2368

  27. Controlled Hawking process by quantum energy teleportation 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW D　81　(4)　2010年2月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.81.044025 　

    ISSN：2470-0010

    eISSN：2470-0029

  28. Ground-State Entanglement Gives Birth to Quantum Energy Teleportation 査読有り

    Masahiro Hotta

    QUANTUM COMMUNICATION AND QUANTUM NETWORKING　36　66-73　2010年

    ISSN：1867-8211

  29. Quantum energy teleportation with trapped ions 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW A　80　(4)　2009年10月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.80.042323 　

    ISSN：1050-2947

  30. Quantum Energy Teleportation in Spin Chain Systems 査読有り

    Masahiro Hotta

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN　78　(3)　2009年3月

    DOI： 10.1143/JPSJ.78.034001 　

    ISSN：0031-9015

  31. Quantum Energy Teleportation 査読有り

    Masahiro Hotta

    QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTING (QCMC)　1110　373-375　2009年

    ISSN：0094-243X

  32. A Protocol of Quantum Authentication with Secure Quantum Passwords 査読有り

    Masahiro Hotta, Masanao Ozawa

    QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTING (QCMC)　1110　388-+　2009年

    ISSN：0094-243X

  33. Quantum measurement information as a key to energy extraction from local vacuums 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICAL REVIEW D　78　(4)　2008年8月

    DOI： 10.1103/PhysRevD.78.045006 　

    ISSN：1550-7998

  34. A protocol for quantum energy distribution 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICS LETTERS A　372　(35)　5671-5676　2008年8月

    DOI： 10.1016/j.physleta.2008.07.007 　

    ISSN：0375-9601

  35. Channel estimation theory of low-noise multiple parameters: Attainability problem of the Cramér-Rao bounds 査読有り

    M. Hotta, T. Karasawa

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics　78　(1)　2008年7月18日

    DOI： 10.1103/PhysRevA.78.012332 　

    ISSN：1050-2947 1094-1622

  36. A fundamental lower bound of actuating energy for broadband photon switching 査読有り

    Masahiro Hotta

    PHYSICS LETTERS A　372　(21)　3752-3758　2008年5月

    DOI： 10.1016/j.physleta.2008.02.058 　

    ISSN：0375-9601

  37. N-body-extended channel estimation for low-noise parameters 査読有り

    M. Hotta, T. Karasawa, M. Ozawa

    Journal of Physics A: Mathematical and General　39　(46)　14465-14470　2006年11月17日

    DOI： 10.1088/0305-4470/39/46/015 　

    ISSN：0305-4470 1361-6447

  38. Ancilla-assisted enhancement of channel estimation for low-noise parameters 査読有り

    Masahiro Hotta, Tokishiro Karasawa, Masanao Ozawa

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics　72　(5)　2005年11月

    DOI： 10.1103/PhysRevA.72.052334 　

    ISSN：1050-2947 1094-1622

  39. Complete resolution of the quantum Zeno paradox for outside observers 査読有り

    M. Hotta, M. Morikawa

    Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics　326　(1-2)　32-41　2004年5月31日

    DOI： 10.1016/j.physleta.2004.04.012 　

    ISSN：0375-9601

  40. Quantum estimation by local observables 査読有り

    Masahiro Hotta, Masanao Ozawa

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics　70　(2)　1-223271　2004年

    出版者・発行元： American Physical Society

    DOI： 10.1103/PhysRevA.70.022327 　

    ISSN：1050-2947

  41. Impossibility of distant indirect measurement of the quantum Zeno effect 査読有り

    M. Hotta, M. Morikawa

    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics　69　(5 A)　1-52114　2004年

    出版者・発行元： American Physical Society

    DOI： 10.1103/PhysRevA.69.052114 　

    ISSN：1050-2947

  42. Holographic charge excitation on a horizontal boundary 査読有り

    M. Hotta

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　66　(12)　2002年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.66.124021 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  43. Toward generalized entropy composition with different q indices and H-theorem 査読有り

    Kenichi Sasaki, Masahiro Hotta

    Journal of the Physical Society of Japan　69　(12)　3830-3839　2000年

    出版者・発行元： Physical Society of Japan

    DOI： 10.1143/JPSJ.69.3830 　

    ISSN：0031-9015

  44. Composability and generalized entropy 査読有り

    M. Hotta, I. Joichi

    Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics　262　(4-5)　302-309　1999年

    出版者・発行元： Elsevier

    DOI： 10.1016/S0375-9601(99)00678-7 　

    ISSN：0375-9601

  45. Quantum system under periodic perturbation: Effect of environment 査読有り

    M. Hotta, I. Joichi, Sh. Matsumoto, M. Yoshimura

    Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology　55　(8)　4614-4639　1997年

    DOI： 10.1103/PhysRevD.55.4614 　

    ISSN：1550-2368 1550-7998

  46. Geometric bremsstrahlung in the early Universe 査読有り

    Toshifumi Futamase, Masahiro Hotta, Hajime Inoue, Masahiro Yamaguchi

    Progress of Theoretical Physics　96　(1)　113-123　1996年

    出版者・発行元： Yukawa Institute for Theoretical Physics

    DOI： 10.1143/PTP.96.113 　

    ISSN：0033-068X

  47. High momentum behavior of geometric bremsstrahlung in the expanding universe 査読有り

    Masahiro Hotta, Hajime Inoue, Izumi Joichi, Masahiro Tanaka

    Progress of Theoretical Physics　96　(6)　1103-1122　1996年

    出版者・発行元： Yukawa Institute for Theoretical Physics

    DOI： 10.1143/PTP.96.1103 　

    ISSN：0033-068X

  48. Field theory of anyons and the fractional quantum Hall effect 査読有り

    Z. F. Ezawa, M. Hotta, A. Iwazaki

    Physical Review B　46　(12)　7765-7781　1992年

    DOI： 10.1103/PhysRevB.46.7765 　

    ISSN：0163-1829

  49. Imported Symmetry and Two Breathing Modes in Chern-Simons Theory with External Magnetic Field : Particles and Fields

    Hotta Masahiro, Department of Physics Tohoku University

    Progress of theoretical physics = Progress of theoretical physics　86　(6)　1289-1299　1991年12月25日

    出版者・発行元： Published for the Research Institute for Fundamental Physics by Physical Society of Japan

    DOI： 10.1143/PTP.86.1289 　

    ISSN：0033-068x

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    It is shown that the 2+1 dimensional nonrelativistic Chern-Simons gauge theory possesses eight space-time symmetries even in the presence of external magnetic field. It is also argued that these symmetries are closely related to cyclotron motions and two breathing modes in the system.

  50. Breathing vortex solitons in nonrelativistic Chern-Simons gauge theory 査読有り

    Z. F. Ezawa, M. Hotta, A. Iwazaki

    Physical Review Letters　67　(4)　411-414　1991年

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.67.411 　

    ISSN：0031-9007

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MISC 18

  1. 動的鏡の最終爆発はアナログホーキング輻射のパートナーモードとは関係ない 査読有り

    110　025023　2024年4月15日

  2. Probability vector representation of the Schrödinger equation and noninvasive measurability for Leggett-Garg inequalities

    Masahiro Hotta, Sebastian Murk

    2023年12月26日

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    Leggett-Garg inequalities place bounds on the temporal correlations of a system based on the principles of macroscopic realism (MR) and noninvasive measurability (NM). Their conventional formulation relies on the ensemble-averaged products of observables measured at different instants of time. However, this expectation value based approach does not provide a clear definition of NM. A complete description that enables a precise understanding and captures all physically relevant features requires the study of probability distributions associated with noncommuting observables. In this article, we propose a scheme to describe the dynamics of generic $N$-level quantum systems via a probability vector representation of the Schr\"odinger equation and define a precise notion of NM for the probability distributions of noncommuting observables. This allows us to elucidate MR itself more clearly, eliminating any potential confusion. In addition, we introduce a measure to quantify violations of NM for arbitrary quantum states. For single-qubit systems, we pinpoint the pivotal relation that establishes a connection between the disturbance of observables incurred during a measurement and the resulting NM violation.

  3. 量子ホール系の膨張エッジを使ったドジッター宇宙アナログ 査読有り

    107　085002　2023年1月23日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.107.085002 　

  4. Limitations of Quantum Measurements and Operations of Scattering Type under the Energy Conservation Law

    Ryota Katsube, Masanao Ozawa, Masahiro Hotta

    arXiv:2211.13433 [quant-ph]　2022年11月28日

    DOI： 10.48550/arXiv.2211.13433 　

  5. Deep Learning Metric Detectors in General Relativity

    Ryota Katsube, Wai-Hong Tam, Masahiro Hotta, Yasusada Nambu

    2022年6月7日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.106.044051 　

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    We consider conceptual issues of deep learning (DL) for metric detectors using test particle geodesics in curved spacetimes. Advantages of DL metric detectors are emphasized from a view point of general coordinate transformations. Two given metrics (two spacetimes) are defined to be conneted by a DL isometry if their geodesic image data cannot be discriminated by any DL metric detector at any time. The fundamental question of when the DL isometry appears is extensively explored. If the two spacetimes connected by the DL isometry are in superposition of quantum gravity theory, the post-measurement state may be still in the same superposition even after DL metric detectors observe the superposed state. We also demonstrate metric-detection DL's in 2+1 dimensional anti-de Sitter (AdS) spacetimes to estimate the cosmological constants and Brown-Henneaux charges. In the AdS/CFT correspondence dictionary, it may be expected that such metric detectors in the AdS bulk region correspond to quantum measurement devices in the CFT at the AdS boundary.

  6. Expanding Edges of Quantum Hall Systems in a Cosmology Language -- Hawking Radiation from de Sitter Horizon in Edge Modes

    Masahiro Hotta, Yasusada Nambu, Yuuki Sugiyama, Kazuhiro Yamamoto, Go Yusa

    2022年2月8日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.105.105009 　

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    Expanding edge experiments are promising to open new physics windows of quantum Hall systems. In a static edge, the edge excitation, which is described by free fields decoupled with the bulk dynamics, is gapless, and the dynamics preserve conformal symmetry. When the edge expands, such properties need not be preserved. We formulate a quantum field theory in 1+1 dimensional curved spacetimes to analyze the edge dynamics. We propose methods to address the following questions using edge waveforms from the expanding region: Does the conformal symmetry survive? Is the nonlinear interaction of the edge excitations induced by edge expansion? Do the edge excitations interact with the bulk excitations? We additionally show that the expanding edges can be regarded as expanding universe simulators of two-dimensional dilaton-gravity models, including the Jackiw-Teitelboim gravity model. As an application, we point out that our theoretical setup might simulate emission of analog Hawking radiation with the Gibbons-Hawking temperature from the future de Sitter horizon formed in the expanding edge region.

  7. Comment on "When the Quantum Energy Teleportation is Observable? "

    Masahiro Hotta

    2021年6月25日

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    Recently authors of a paper (arXiv:2105.04407) claim that quantum energy teleportation is unobservable due to a time-energy uncertainty relation. In this short note, I will point out that their argument is wrong. They misuse the uncertainty relation.

  8. A Lie algebra based approach to asymptotic symmetries in general relativity

    Takeshi Tomitsuka, Koji Yamaguchi, Masahiro Hotta

    2020年12月28日

    DOI： 10.1088/1361-6382/ac2c1e 　

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    Asymptotic symmetries of black hole spacetimes have received much attention as a possible origin of the Bekenstein-Hawking entropy in black hole thermodynamics. In general, it takes hard efforts to find appropriate asymptotic conditions on a metric and a Lie algebra generating the transformation of symmetries with which the corresponding charges are integrable. We here propose an alternative approach to construct building blocks of asymptotic symmetries of a given spacetime metric. Our algorithmic approach may make it easier to explore asymptotic symmetries in any spacetime than in conventional approaches. As an explicit application, we analyze the asymptotic symmetries on Rindler horizon. We find a new class of symmetries related with dilatation transformations in time and in the direction perpendicular to the horizon, which we term superdilatations.

  9. Duality in the dynamics of Unruh-DeWitt detectors in conformally related spacetimes

    Masahiro Hotta, Achim Kempf, Eduardo Martín-Martínez, Takeshi Tomitsuka, Koji Yamaguchi

    2020年2月3日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.101.085017 　

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    We prove a nonperturbative duality concerning the dynamics of harmonic-oscillator-type Unruh-DeWitt detectors in curved spacetimes. Concretely, using the Takagi transformation we show that the action of a harmonic oscillator Unruh-DeWitt detector with one frequency in a spacetime is equal to that of a detector with a different frequency in a conformally related spacetime. As an example, we show that the dynamics of simple stationary detectors in flat spacetime is dual to that of detectors in a cosmological scenario. The nonperturbative duality enables us to investigate entanglement harvesting in new scenarios in curved spacetime by using results obtained in simpler, conformally related spacetimes.

  10. A Fundamental Upper Bound for Signal to Noise Ratio of Quantum Detectors

    Ryota Katsube, Masahiro Hotta, Koji Yamaguchi

    2019年10月11日

    DOI： 10.7566/JPSJ.89.054005 　

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    Quantum fluctuations yield inevitable noises in quantum detection. We derive an upper bound of signal to noise ratio for arbitrary quantum detection described by trace-class operators with discrete spectra. The bound is independent of observables to be detected and is computed by quantum fidelity of two initial quantum states. We provide applications of the upper bound.

  11. Partner formula for an arbitrary moving mirror in $1+1$ dimensions

    Takeshi Tomitsuka, Koji Yamaguchi, Masahiro Hotta

    2019年6月12日

    DOI： 10.1103/PhysRevD.101.024003 　

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    In the information loss problem in black hole evaporation, investigation of the purification partner of a Hawking particle is crucial. It is a well-known fact that 3+1 dimensional spherically symmetric gravitational collapse can be approximately described by 1+1 dimensional moving mirror models. Since a detected particle in field theory is defined by what a particle detector observes, the diversity of detector designs yields a variety of particles and their partners. We provide a formula of generalized partners of detected particles emitted out of mirrors in arbitrary motion in a free massless scalar field theory. Using the formula, we directly demonstrate information storage about pre-thermal information in a pure state of a Hawking particle and its partner. The partner form drastically changes depending on the detailed designs of particle detectors for the Hawking radiation. In a case of the Hawking particle and its partner sensitive to information about pre-thermal era, spatial configurations of the partner has long tails in a stage where only zero-point fluctuation is emitted out of the mirror.

  12. Quantum Information Capsule in Multiple-Qudit Systems and Continuous-Variable Systems

    Koji Yamaguchi, Masahiro Hotta

    2019年2月15日

    DOI： 10.1016/j.physleta.2020.126447 　

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    Quantum correlations in an entangled many-body system are capable of storing information. Even when the information is injected by a local unitary operation to the system, the entanglement delocalizes it. In a recent study on multiple-qubit systems, it is shown that a virtual qubit defined in the correlation space plays a role of perfect storage of delocalized information, which is called a quantum information capsule (QIC). In order to enhance the capacity of quantum information storage, it is crucial to formulate the cases for multiple-qudit systems and continuous-variable (CV) systems. We analytically prove that it is possible to construct a QIC for general write operations of the systems. It turns out that the extension to quantum field theory is achievable. For Gaussian states, we explicitly construct a QIC for shift write operations. We analyze the time-evolution of QIC in a CV system to demonstrate the diffusion of information in entangled pure states.

  13. 量子ホールエッジにおける量子エネルギーテレポーテーションの試み

    松浦雅広, 野田武司, 間野高明, 柴田尚和, 堀田昌寛, 遊佐剛

    日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　72　(2)　2017年

    ISSN： 2189-079X

  14. 量子論の広がり : 非局所相関と不確定性 量子エネルギーテレポーテーション

    堀田 昌寛, 遊佐 剛

    日本物理学会誌　69　(9)　613-622　2014年9月

    出版者・発行元： 一般社団法人日本物理学会

    ISSN： 0029-0181

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    現在広範なテーマを巻き込みながら,量子情報と量子物理が深いレベルから融合する量子情報物理学という分野が生まれ成長しつつある.なぜ様々な量子物理学に量子情報理論が現れてくるのだろうか.それには量子状態が本質的に認識論的情報概念であるということが深く関わっていると思われる.ボーアを源流とする認識論的な現代的コペンハーゲン解釈は量子情報分野を中心に定着してきた.この量子論解釈に基づいた量子情報物理学の視点からは存在や無という概念も認識論的であり,測定や観測者に対する強い依存性がある.本稿ではこの「存在と無」の問題にも新しい視点を与える量子エネルギーテレポーテーション(Quantum Energy Teleportation;QET)を解説しつつ,それが描き出す量子情報物理学的世界観を紹介していく.QETとは,多体系の基底状態の量子縺れを資源としながら,操作論的な意味のエネルギー転送を局所的操作と古典通信(Local Operations and Classical Communication;LOCC)だけで達成する量子プロトコルである.量子的に縺れた多体系の基底状態においてある部分系の零点振動を測定すると,一般に測定後状態の系は必ず励起エネルギーを持つ.これは基底状態の受動性(passivity)という性質からの帰結である.このため情報を測定で得るアリスには,必ず測定エネルギーの消費という代償を伴う.またアリスの量子系は量子縺れを通じてボブの量子系の情報も持っている.従ってアリスは,ボブの系のエネルギー密度の量子揺らぎの情報も同時に得る.これによって起こるボブの量子系の部分的な波動関数の収縮により,測定値に応じてアリスにとってはボブの量子系に抽出可能なエネルギーがまるで瞬間移動(テレポート,teleport)したように出現する.一方,この時点ではまだボブはアリスの測定結果を知らない.またアリスの測定で系に注入された励起エネルギーもまだアリス周辺に留まっており,ボブの量子系には及んでいない.従って対照的にボブにとってはボブの量子系は取り出せるエネルギーが存在しない「無」の状態のままである.このように,現代的コペンハーゲン解釈で許される観測者依存性のおかげで,エネルギーがテレポートしたように見えても因果律は保たれている.非相対論的モデルを前提にして,系のエネルギー伝搬速度より速い光速度でアリスが測定結果をボブに伝えたとしよう.アリスが測定で系に注入したエネルギーはボブにまだ届いていないにも関わらず,情報を得たボブにも波動関数の収縮が起こり,自分の量子系から取り出せるエネルギーの存在に気付く.そしてボブは測定値毎に異なる量子揺らぎのパターンに応じて適当な局所的操作を選び,エネルギー密度の量子揺らぎを抑えることが可能となる.その結果ボブは平均的に正のエネルギーを外部に取り出すことが可能となる.これがQETである.このQETは量子ホール系を用いて実験的に検証できる可能性が高い.一方,相対論的なQETモデルはブラックホールエントロピー問題にも重要な切り口を与える.

  15. Quantum Energy Teleportation: An Introductory Review

    Masahiro Hotta

    2011年1月20日

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    The development of techniques for manipulation of quantum information has opened the door to a variety of protocols for accomplishing unprecedented tasks. In particular, a new protocol of quantum teleportation was proposed in 2008 to achieve effective energy transportation simply via local operations and classical communication without breaking any known physical laws. This is achieved by extracting zero-point energy of entangled many-body systems by local operations dependent on information obtained by a distant measurement. The concept is reviewed from an introductory viewpoint herein.

  16. A Brief Introduction to Quantum Energy Teleportation

    Masahiro Hotta

    2010年8月1日

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    A new quantum protocol is introduced which attains energy transportation only by local operations and classical communication retaining all physical laws including local energy conservation.

  17. Secure Quantum Passwords

    Masahiro Hotta, Masanao Ozawa

    2008年6月6日

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    We propose a quantum authentication protocol that is robust against the theft of secret keys. In the protocol, disposable quantum passwords prevent impersonation attacks with stolen secret keys. The protocol also prevents the leakage of secret information of a certification agent.

  18. Asymptotic Isometry and Two Dimensional Anti-de Sitter Gravity

    Masahiro Hotta

    1998年9月9日

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    We analyze canonical asymptotic isometry of two dimensional AdS dilaton gravity in detail.

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書籍等出版物 1

  1. 量子情報と時空の物理

    堀田昌寛

    サイエンス社　2014年1月

講演・口頭発表等 8

  1. 量子エネルギーテレポーテーションの最近の進展 招待有り

    堀田昌寛

    第51回量子情報技術研究会　2024年11月28日

  2. 粒子測定機と観測された粒子の純粋化パートナー 招待有り

    RQIN 2024　2024年8月7日

  3. 粒子測定機と観測される粒子に対する純粋化パートナー 招待有り

    堀田昌寛

    2023年12月5日

  4. ブラックホール蒸発量子ビットモデルにおけるペイジ曲線を超えるソフトヘア増幅された量子もつれ 招待有り

    堀田昌寛

    第１２回相対論的量子情報ワークショップ（オーストラリア、ブリスベン）　2019年2月22日

  5. ブラックホール蒸発量子ビットモデルにおけるペイジ曲線を超えるソフトヘア増幅された量子もつれ 招待有り

    堀田昌寛

    相対論的量子情報 （韓国、ソウル市立大学）　2018年7月16日

  6. ブラックホール蒸発量子ビットモデルにおける量子もつれ 招待有り

    堀田昌寛

    第3回LeCosPa国際会議 コスミックプロスペクト （台湾、国立台湾大学）　2017年11月27日

  7. 事象の地平面における超推進対称性と超回転対称性の電荷励起状態 招待有り

    堀田昌寛

    RQI-N 2016 （カナダ、ウォータールー大学）　2016年6月21日

  8. ブラックホール防火壁の崩落について 招待有り

    堀田昌寛

    RQI-N 2015 （米国、ダートマス大学）　2015年7月5日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 1

  1. ブラックホールの量子情報物理学的研究 競争的資金

    堀田昌寛

    2017年4月 ～ 2019年3月