慶應義塾研究者情報データベース

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2007年04月

  -

  2009年08月

  理化学研究所, 物性理論研究室, 基礎科学特別研究員

• 2009年09月

  -

  2011年06月

  トロント大学, 物理学科, ポストドクトラル・フェロー

• 2011年07月

  -

  2012年08月

  東京大学, 大学院理学系研究科 物理学専攻, 特任研究員

• 2012年08月

  -

  2019年03月

  東京大学, 大学院理学系研究科 物理学専攻, 助教

• 2019年04月

  -

  継続中

  慶應義塾大学, 理工学部 物理学科, 専任講師

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 1999年04月

  -

  2002年03月

  東京工業大学, 理学部, 物理学科

  大学, 飛び級

• 2002年04月

  -

  2004年03月

  東京工業大学, 理工学研究科, 物性物理学専攻

  大学院, 修了, 修士

• 2004年04月

  -

  2007年03月

  東京工業大学, 理工学研究科, 物性物理学専攻

  大学院, 修了, 博士後期

学位 【 表示 ／ 非表示 】

学位 【 表示 ／ 非表示 】

• 博士（理学）, 東京工業大学, 課程, 2007年03月

  Characterization of Exotic Orders in Quantum Spin Systems

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

• 自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

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• トポロジカル物性

• 冷却原子系

• 磁性

研究テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

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• スピン梯子系におけるトポロジカル相と秩序相の競合, 

  2022年07月

  -

  継続中

• 人工ゲージ場中のボース・アインシュタイン凝縮体における渦格子, 

  2017年01月

  -

  2022年05月

• 非エルミート量子多体系における量子臨界現象, 

  2015年12月

  -

  継続中

• 結合トライマー模型に基づくボルボサイトのフラストレート磁性の理論, 

  2015年03月

  -

  継続中

• 人工ゲージ場中の冷却原子系における量子ホール物理, 

  2011年07月

  -

  継続中

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• High-Field Magnetism of the Spin-1/2 Two-Leg-Ladder Antiferromagnet Cu(DEP)Cl2 under High Pressure

  Morimoto T., Morikawa E., Nihongi K., Kida T., Narumi Y., Honda Z., Furukawa S., Uwatoko Y., Kindo K., Hagiwara M.

  Journal of the Physical Society of Japan 94 （ 2 ）  2025年02月

  ISSN  00319015

  　概要を見る

  We report the magnetic properties of powder samples of the two-leg-ladder antiferromagnet Cu(DEP)Cl2 (DEP: 2,3-diethylpyradine) measured in magnetic fields of up to 40 T under pressures (P) of up to 1.7 GPa. Measured magnetic properties (magnetic susceptibility and high-field magnetization with two transition fields) at ambient P are compared with those calculated by a quantum Monte Carlo method and are well explained by the two-leg-ladder antiferromagnetic model with large rung exchange interaction (Jrung). A peak of magnetic susceptibility shifts largely to a higher temperature with a significant decrease in height, and both transition fields shift largely to higher fields at a critical pressure Pc of approximately 0.2 GPa. The results of an evaluation of these exchange constants below and above Pc indicate that antiferromagnetic two-leg ladders (Jrung > Jleg) with a very weak Jint changed into strongly coupled (Jrung) antiferromagnetic dimers with weak Jleg and Jint

  • Access to Document (DOI)

• Phase Diagram of a Spin-\(\frac{1}{2}\) Heisenberg Ladder with a Chirality–Chirality Interaction

  Fontaine M., Furukawa S.

  Journal of the Physical Society of Japan 93 （ 12 ）  2024年12月

  ISSN  00319015

  　概要を見る

  A spin-12 Heisenberg model with a chirality–chirality interaction (CCI) on a two-leg ladder provides a minimal setup to explore an interplay between spin and chirality degrees of freedom. This model is potentially relevant for understanding the effects of a four-spin ring exchange and a phonon-mediated interaction on a ladder. By applying the Abelian bosonization and two types of spin-chirality duality, we derive a comprehensive ground-state phase diagram that includes previously unexplored cases of a ferromagnetic rung exchange Jτ < 0 or a negative CCI Kch < 0. The phase diagram consists of the rung singlet (RS) phase, the Haldane phase, and three non-magnetic ordered phases. Moreover, the RS and Haldane phases consist of several regions with different dominant correlations in terms of spin, dimer, or chirality. We perform numerical simulations to confirm the predicted phase structure and critical properties.

  • Access to Document (DOI)

• System-environment entanglement phase transitions

  Ashida Y., Furukawa S., Oshikawa M.

  Physical Review B 110 （ 9 ）  2024年09月

  ISSN  24699950

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  Entanglement in quantum many-body systems can exhibit universal phenomena governed by long-distance properties. We study universality and phase transitions of the entanglement inherent to open many-body systems, namely, the entanglement between a system of interest and its environment. Specifically, we consider the Tomonaga-Luttinger liquid (TLL) under a local measurement and analyze its unconditioned nonunitary evolution, where the measurement outcomes are averaged over. We quantify the system-environment entanglement by the Rényi entropy of the post-measurement density matrix, whose size-independent term encodes the universal low-energy physics. We develop a field-theoretical description to relate the universal term to the effective ground-state degeneracy known as the g function in a boundary conformal field theory, and use the renormalization group method to determine its value. We show that the universal contribution is determined by the TLL parameter K and can exhibit singularity signifying an entanglement phase transition. Surprisingly, in certain cases the size-independent contribution can increase as a function of the measurement strength in contrast to what is naïvely expected from the g-theorem. We argue that this unconventional behavior could be attributed to the dangerously irrelevant term which has been found in studies of the resistively shunted Josephson junction. We also check these results by numerical calculations in the spin-12 XXZ chain subject to a site-resolved measurement. Possible experimental realization in ultracold gases, which requires no postselections, is discussed.

  • Access to Document (DOI)

• Symmetry, topology, duality, chirality, and criticality in a spin-1/2 XXZ ladder with a four-spin interaction

  Fontaine M., Sugimoto K., Furukawa S.

  Physical Review B （American Physical Society）  109 （ 13 ） 134413 2024年04月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  24699950

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  We study the ground-state phase diagram of a spin-12 XXZ model with a chirality-chirality interaction (CCI) on a two-leg ladder. This model offers a minimal setup to study an interplay between spin and chirality degrees of freedom. The spin-chirality duality transformation allows us to relate the regimes of weak and strong CCIs. By applying the Abelian bosonization and the duality, we obtain a rich phase diagram that contains distinct gapped featureless and ordered phases. In particular, Néel and vector chiral orders appear for easy-axis anisotropy, while two distinct symmetry-protected topological (SPT) phases appear for easy-plane anisotropy. The two SPT phases can be viewed as twisted variants of the Haldane phase. We also present an effective description in terms of (spinor) hard-core bosons, which reveals critical behavior on the self-dual line in the easy-axis and easy-plane regimes. We perform numerical simulations to confirm the predicted phase structure and critical properties. We further demonstrate that the two SPT phases and a trivial phase are distinguished by topological indices in the presence of certain symmetries. A similar phase structure is expected in a spin-12 XXZ ladder with four-spin ring exchange.

  • Access to Document (DOI)

• Ground-state phase diagram of a spin-1/2 frustrated XXZ ladder

  Ogino T., Kaneko R., Morita S., Furukawa S.

  Physical Review B （American Physical Society）  106 （ 15 ） 155106 2022年10月

  研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り,  ISSN  24699950

  　概要を見る

  We study the ground-state phase diagram of a spin-12 frustrated XXZ ladder, in which two antiferromagnetic chains are coupled by competing rung and diagonal interactions, J⊥ and J×. Previous studies on the isotropic model have revealed that a fluctuation-induced effective dimer attraction between the legs stabilizes the columnar dimer (CD) phase in the highly frustrated regime J⊥≈2J×, especially for ferromagnetic J⊥,×<0. By means of effective field theory and numerical analyses, we extend this analysis to the XXZ model, and we obtain a rich phase diagram. The diagram includes four gapped featureless phases with no symmetry breaking: the rung singlet (RS) and Haldane phases as well as their twisted variants, the RS∗ and Haldane∗ phases, which are all distinct in the presence of certain symmetries. Significantly, the Haldane-CD transition point in the isotropic model turns out to be a crossing point of two transition lines in the XXZ model, and the stripe Néel and RS∗ phases appear between these lines. This indicates a nontrivial interplay between the effective dimer attraction and the exchange anisotropy. In the easy-plane regime, the four featureless phases and two critical phases are found to compete in a complex manner depending on the signs of J⊥,×.

  • Access to Document (DOI)

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 人工ゲージ場中のボース・アインシュタイン凝縮体における多体効果の理論的研究

  古川, 俊輔

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2019年

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

• エンタングルメント・エントロピーと共形場理論

  古川俊輔, 白石潤一

  日本物理学会誌 69 （ 8 ） 541 - 546 2014年

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • Access to Document (DOI)

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• Symmetry, topology, duality, chirality, and criticality in a spin-1/2 XXZ ladder with a four-spin interaction

  M. Fontaine, K. Sugimoto, and S. Furukawa

  SQAI-NCTS Workshop on Tensor Network and Quantum Embedding （東京大学本郷キャンパス） , 

  2024年03月

  , 

  ポスター発表

• Error-mitigated quantum computation of string order parameters across a topological phase transition

  R. Kawase and S. Furukawa

  SQAI-NCTS Workshop on Tensor Network and Quantum Embedding （東京大学本郷キャンパス） , 

  2024年03月

  , 

  ポスター発表

• Symmetry, topology, duality, chirality, and criticality in a spin-1/2 XXZ ladder with a four-spin interaction

  M. Fontaine, K. Sugimoto, and S. Furukawa

  サスティナブル量子AI研究拠点第3回全体会議 （東京大学本郷キャンパス山上会館） , 

  2024年02月

  , 

  ポスター発表

• Error-mitigated quantum computation of string order parameters across a topological phase transition

  R. Kawase and S. Furukawa

  The 2nd young researchers' workshop of the Extreme Universe Collaboration （Shirahamaso, Shiga） , 

  2024年02月

  , 

  口頭発表（一般）

• Symmetry, topology, duality, chirality, and criticality in a spin-1/2 XXZ ladder with a four-spin interaction

  M. Fontaine, K. Sugimoto, and S. Furukawa

  The 2nd young researchers' workshop of the Extreme Universe Collaboration （Shirahamaso, Shiga） , 

  2024年02月

  , 

  口頭発表（一般）

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• 量子制御・量子もつれ・双対性に基づくトポロジカル相と相転移の研究

  2024年04月

  -

  2026年03月

  科学研究費助成事業, 古川 俊輔, 学術変革領域研究(A), 未設定

  　研究概要を見る

  液相から固相への転移が分子の自発的な秩序化として理解される一方、そのような秩序化では捉えられない奇妙な物質相としてトポロジカル相が知られ、量子磁性体や半導体などにおいて盛んに研究されている。本研究では、トポロジカル相研究の新しい舞台として、急速に技術革新の進む量子コンピュータに着目する。クラウド利用できる量子コンピュータを利用してトポロジカル状態をつくり出し、量子誤り軽減法によりノイズの影響を抑えたもとで非局所相関関数などの量子計算を行う。また、トポロジカル相に内在する量子もつれを量子情報の視点から特徴づける方法を発展させ、物性物理学と量子情報の融合領域の開拓を推進する。

• 人工ゲージ場中のボース・アインシュタイン凝縮体における多体効果の理論的研究

  2019年04月

  -

  2020年03月

  慶應義塾, 学事振興資金, 古川俊輔, 補助金,  研究代表者

• 対称性で多様化したトポロジカル相の基礎理論の構築と実現法の提案

  2018年04月

  -

  2024年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 古川　俊輔, 基盤研究（Ｃ）, 補助金,  研究代表者

• 光格子中のボース・アインシュタイン凝縮体における位相フラストレーション

  2016年11月

  -

  2019年03月

  松尾学術研究助成金, 古川俊輔, 補助金,  研究代表者

• 強相関冷却原子系におけるトポロジカル秩序の探索とその基礎理論の構築

  2013年04月

  -

  2017年03月

  東京大学, 古川 俊輔, 若手研究(B), 未設定

  　研究概要を見る

  トポロジカル秩序状態は、量子化された応答や分数統計に従う準粒子などの興味深い性質を示すことが知られる。本研究では、操作性の高い冷却原子系で実現可能な新奇トポロジカル秩序状態の理論的探索、その諸性質の解明に取り組んだ。特に、人工ゲージ場中の二成分ボース気体の基底状態相図を詳細に決定し、特異な端状態を持つボソン版整数量子ホール状態の存在、時間反転対称性の相互作用効果への非自明な役割を明らかにした。また、光格子中のBose-Einstein凝縮体の励起バンドが非自明なトポロジーを獲得しうること、それに起因する端状態が巨視的量子干渉により観測できることを示した。

受賞 【 表示 ／ 非表示 】

受賞 【 表示 ／ 非表示 】

• 第2回強磁場フォーラムフロンティア奨励賞

  古川俊輔, 2020年12月, 強磁場フォーラム, 強磁性・反強磁性相互作用の競合する量子磁性体の理論的研究

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  　説明を見る

  http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/mgsl/himag-forum/frontier.html

• 第7回日本物理学会領域11若手奨励賞

  古川俊輔, 2013年03月, 日本物理学会, 量子多体系におけるエンタングルメント・エントロピーの研究

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  　説明を見る

  https://www.jps.or.jp/activities/awards/jusyosya/wakate2013.html#r11
  http://www.r11.div.jps.or.jp/wakate07.html
  https://ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/TQP/achievements/newsletters.html#no3

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 熱力学

  2024年度

• 物理学Ｂ

  2024年度

• 物理数学

  2024年度

• 論文講読発表

  2024年度

• 総合教育セミナーⅠ

  2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

• 日本物理学会, 

  2004年01月

  -

  継続中

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2022年04月

  -

  2023年03月

  新著紹介小委員会 委員長（兼 会誌編集委員）, 日本物理学会

• 2021年04月

  -

  2022年03月

  新著紹介小委員会 委員, 日本物理学会

• 2020年04月

  -

  2021年03月

  領域３（磁性）運営委員, 日本物理学会