2025/04/27 更新

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ヤマグチ コウジ
山口 幸司
YAMAGUCHI KOJI
所属
システム情報科学研究院 情報学部門 学術研究員
職名
学術研究員

研究分野

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

経歴

  • 九州大学 大学院システム情報科学研究院 情報学部門 学術研究員 特任助教

    2025年4月 - 現在

  • 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 特任研究員・日本学術振興会特別研究員(PD) 

    2024年4月 - 2025年3月

  • 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 特任研究員 

    2023年10月 - 2024年3月

  • University of Waterloo Department of Applied Mathematics JSPS Overseas Research Fellow 

    2021年10月 - 2023年9月

  • 電気通信大学 大学院情報理工学研究科 特任研究員 

    2021年4月 - 2021年9月

  • 独立行政法人日本学術振興会  特別研究員(DC1) 

    2018年4月 - 2021年3月

  • 東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 リサーチ・アシスタント 

    2017年4月 - 2021年3月

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学歴

  • 東北大学   大学院理学研究科   物理学専攻 博士課程後期3年の課程

    2018年4月 - 2021年3月

  • 東北大学   大学院理学研究科   物理学専攻 博士課程前期2年の課程

    2016年4月 - 2018年3月

  • 京都大学   理学部   理学科

    2012年4月 - 2016年3月

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 量子情報

    研究キーワード: 量子情報

    研究期間: 2025年

  • 研究テーマ: ブラックホール

    研究キーワード: ブラックホール

    研究期間: 2025年

  • 研究テーマ: リソース理論

    研究キーワード: リソース理論

    研究期間: 2025年

  • 研究テーマ: 情報スペクトル

    研究キーワード: 情報スペクトル

    研究期間: 2025年

  • 研究テーマ: 相対論的量子情報

    研究キーワード: 相対論的量子情報

    研究期間: 2025年

受賞

  • 物理学専攻賞(博士)

    2021年3月   東北大学  

  • 物理学専攻賞(修士)

    2017年3月   東北大学  

論文

  • Beyond i.i.d. in the Resource Theory of Asymmetry: An Information-Spectrum Approach for Quantum Fisher Information 査読

    Koji Yamaguchi, Hiroyasu Tajima

    Physical Review Letters   131 ( 20 )   2023年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.200203

  • Entanglement partners and monogamy in de Sitter universes 査読

    Yasusada Nambu, Koji Yamaguchi

    Physical Review D   108 ( 4 )   2023年8月

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    担当区分:最終著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevD.108.045002

  • Entanglement is better teleported than transmitted 査読

    Koji Yamaguchi, Achim Kempf

    Physical Review D   108 ( 2 )   2023年7月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevD.108.025004

  • Smooth Metric Adjusted Skew Information Rates 査読

    Koji Yamaguchi, Hiroyasu Tajima

    Quantum   7   1012   2023年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.22331/q-2023-05-22-1012

  • Modification of a Lie-algebra-based approach and its application to asymptotic symmetries on a Killing horizon 査読

    Takeshi Tomitsuka and Koji Yamaguchi

    Progress of Theoretical and Experimental Physics   2022 ( 4 )   2022年3月   ISSN:2050-3911 eISSN:2050-3911

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press ({OUP})  

    <jats:title>Abstract</jats:title>
    <jats:p>We develop a new approach to find asymptotic symmetries in general relativity as a modification of the Lie-algebra-based approach proposed in T. Tomitsuka et al. [Classical Quantum Gravity 38, 225007 (2021)]. Those authors proposed an algorithmic protocol to investigate asymptotic symmetries. In particular, their guiding principle helps us to find a non-vanishing charge that generates an infinitesimal diffeomorphism. However, in order to check the integrability condition for the charges, it is necessary to solve differential equations to identify the integral curve of vector fields, which is usually quite hard. In this paper, we provide a sufficient condition of the integrability condition that can be checked without solving any differential equations, avoiding the difficulties in the approach in the above reference. As a demonstration, we investigate the asymptotic symmetries on a Killing horizon and find a new class of asymptotic symmetries. In 4D spacetimes with a spherical Killing horizon, we show that the algebra of the corresponding charges is a central extension of the algebra of vector fields.</jats:p>

    DOI: 10.1093/ptep/ptac046

    その他リンク: https://academic.oup.com/ptep/article-pdf/2022/4/043E02/43296791/ptac046.pdf

  • A Lie algebra based approach to asymptotic symmetries in general relativity 査読

    Takeshi Tomitsuka and Koji Yamaguchi and Masahiro Hotta

    Classical and Quantum Gravity   38 ( 22 )   225007 - 225007   2021年10月   ISSN:0264-9381 eISSN:1361-6382

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:{IOP} Publishing  

    DOI: 10.1088/1361-6382/ac2c1e

    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ac2c1e/pdf

  • Superadditivity of channel capacity through quantum fields 査読

    Yamaguchi, K. and Ahmadzadegan, A. and Simidzija, P. and Kempf, A. and Mart{\'i}n-Mart{\'i}nez, E.

    Physical Review D   101 ( 10 )   2020年5月   ISSN:2470-0029

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevD.101.105009

    Scopus

  • 相関に記憶される情報と量子情報カプセル 招待 査読

    山口 幸司, 堀田 昌寛

    日本物理学会誌   75 ( 5 )   284 - 288   2020年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

    DOI: 10.11316/butsuri.75.5_284

  • Strong chaos of fast scrambling yields order: Emergence of decoupled quantum information capsules 査読

    Hotta, M. and Yamaguchi, K.

    Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics   384 ( 3 )   126078 - 126078   2020年   ISSN:0375-9601

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    担当区分:最終著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.physleta.2019.126078

    Scopus

  • A fundamental upper bound for signal to noise ratio of quantum detectors 査読

    Katsube, R. and Hotta, M. and Yamaguchi, K.

    Journal of the Physical Society of Japan   89 ( 5 )   2020年   ISSN:1347-4073

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.7566/JPSJ.89.054005

    Scopus

  • Duality in the dynamics of Unruh-DeWitt detectors in conformally related spacetimes 査読

    Hotta, M. and Kempf, A. and Mart{\'i}n-Mart{\'i}nez, E. and Tomitsuka, T. and Yamaguchi, K.

    Physical Review D   101 ( 8 )   2020年   ISSN:2470-0029

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    担当区分:最終著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevD.101.085017

    Scopus

  • Partner formula for an arbitrary moving mirror in 1+1 dimensions 査読

    Tomitsuka, T. and Yamaguchi, K. and Hotta, M.

    Physical Review D   101 ( 2 )   2020年   ISSN:2470-0029

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevD.101.024003

    Scopus

  • Quantum information capsule in multiple-qudit systems and continuous-variable systems 査読

    Yamaguchi, K. and Hotta, M.

    Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics   384 ( 23 )   2020年   ISSN:0375-9601

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.physleta.2020.126447

    Scopus

  • Theorems on entanglement typicality in non-equilibrium dynamics 査読

    Yamaguchi, K.

    Journal of the Physical Society of Japan   88 ( 6 )   2019年6月   ISSN:1347-4073

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.7566/JPSJ.88.064002

    Scopus

  • Quantum information capsule and information delocalization by entanglement in multiple-qubit systems 査読

    Yamaguchi, K. and Watamura, N. and Hotta, M.

    Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics   383 ( 12 )   1255 - 1259   2019年4月   ISSN:03759601

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.physleta.2019.01.036

  • Spatially overlapped partners in quantum field theory 査読

    Trevison, J. and Yamaguchi, K. and Hotta, M.

    Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical   52 ( 12 )   2019年   ISSN:1751-8121

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Physics Publishing  

    In quantum field theory particles are physically defined as what Unruh-De Witt particle detectors observe. By detecting a particle mode A, a reduced density operator for a quantum state of A is constructed. Even if the entire quantum state of the quantum field is pure, the state of A is not pure but mixed due to entanglement between other subsystems. The partner mode B of the field is defined as a purification partner of A such that the AB system in a pure state. We show that, without any fine-tuning of the particle detector design of A, the weighting function of partner B has spatial overlap of that of A. We show a general formula of partner B associated with arbitrarily fixed A of a free field in a general Gaussian state. We demonstrate an example of memory effects in an expanding Freedman-Robertson-Walker universe.

    DOI: 10.1088/1751-8121/ab065b

    Scopus

  • Pure state entanglement harvesting in quantum field theory 査読

    Trevison, J. and Yamaguchi, K. and Hotta, M.

    Progress of Theoretical and Experimental Physics   2018 ( 10 )   2018年10月   ISSN:2050-3911

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Society of Japan  

    Quantum fields in vacuum states carry an infinite amount of quantum entanglement, and its entanglement entropy has ultraviolet divergence. Harvesting protocols of the vacuum entanglement have been investigated, but its efficiency is very low to date. The main reason for the low efficiency originates from the fact that the extracted entanglement is embedded in a mixed state of two external devices. We propose a general protocol with high efficiency by extracting pure state entanglement from the field. We only use bi-linear interactions between the fields and external devices. Even though the ultraviolet cutoff remains finite, the protocol is capable of extracting a huge amount of entanglement. Hence an infinite amount of entanglement extraction is attained without the ultraviolet divergence of the field entanglement entropy in a continuum limit. There exists a trade-off relation between the extracted entanglement and its energy cost.

    DOI: 10.1093/ptep/pty109

    Scopus

  • Soft-Hair-Enhanced Entanglement beyond Page Curves in a Black Hole Evaporation Qubit Model 査読

    Hotta, M. and Nambu, Y. and Yamaguchi, K.

    Physical Review Letters   120 ( 18 )   2018年5月   ISSN:1079-7114

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Physical Society  

    We propose a model with multiple qubits that reproduces the thermal properties of four-dimensional Schwarzschild black holes (BHs) by simultaneously taking account of the emission of Hawking particles and the zero-energy soft-hair evaporation at the horizon. The results verify that the entanglement entropy between a qubit and other subsystems, including emitted radiation, is much larger than the BH entropy analogue of the qubit, as opposed to the Page curve prediction. Our result suggests that early Hawking radiation is entangled with soft hair and that late Hawking radiation can be highly entangled with the degrees of freedom of a BH, avoiding the emergence of a firewall at the horizon.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.181301

    Scopus

    PubMed

  • Gravitational memory charges of supertranslation and superrotation on Rindler horizons 査読

    Hotta, M. and Trevison, J. and Yamaguchi, K.

    Physical Review D   94 ( 8 )   2016年10月   ISSN:2470-0010 eISSN:2470-0029

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    In a Rindler-type coordinate system spanned in a region outside of a black hole horizon, we have nonvanishing classical holographic charges as soft hairs on the horizon for stationary black holes. Taking a large black hole mass limit, the spacetimes with the charges are described by asymptotic Rindler metrics. We construct a general theory of gravitational holographic charges for a (1 + 3)-dimensional linearized gravity field in the Minkowski background with Rindler horizons. Although matter crossing a Rindler horizon causes horizon deformation and a time-dependent coordinate shift-that is, gravitational memory-the supertranslation and superrotation charges on the horizon can be defined during and after its passage through the horizon. It is generally proven that holographic states on the horizon cannot store any information about absorbed perturbative gravitational waves. However, matter crossing the horizon really excites holographic states. By using gravitational memory operators, which consist of the holographic charge operators, we suggest a resolution of the no-cloning paradox of quantum information between matter falling into the horizon and holographic charges on the horizon from the viewpoint of the contextuality of quantum measurement.

    DOI: 10.1103/PhysRevD.94.083001

    Web of Science

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講演・口頭発表等

  • Quantum geometric tensor determines the i.i.d. conversion rate in the resource theory of asymmetry for any compact Lie group

    Koji Yamaguchi

    28th Quantum Information Processing Conference (QIP 2025)  2025年2月 

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    開催年月日: 2025年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Quantum information capsule and its application to information transmission

    Koji Yamaguchi

    Relativistic Quantum Information 13 Workshop (South) 

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    開催年月日: 2019年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Building block approach to asymptotic symmetries in general relativity

    Koji Yamaguchi

    RQI-Online 2020/21  2021年2月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Partners and quantum information capsule

    Koji Yamaguchi

    Future Perspective in Cosmology and Gravity  2019年4月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Partners and Quantum Information Capsule

    Koji Yamaguchi

    Relativistic Quantum Information- North 2019  2019年5月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Quantum Information Capsule and Information Delocalization by Entanglement in Multiple-qubit Systems

    山口幸司

    日本物理学会第74回年次大会  2019年3月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

  • Quantum Information Capsule and Information Delocalization by Entanglement in Multiple-qubit Systems

    Koji Yamaguchi

    Quantum Information and String Theory 2019  2019年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  • Theorems on Entanglement Typicality in Non-equilibrium Dynamics

    山口幸司

    日本物理学会2018年秋季大会  2018年9月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Theorems on Entanglement Typicality in Non-equilibrium Dynamics

    Koji Yamaguchi

    Relativistic Quantum Information-North 2018  2018年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  • Theorems on Entanglement Typicality in Non-equilibrium Dynamics

    山口幸司

    量子情報・物性の新潮流  2018年8月 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  • Beyond i.i.d. in the Resource Theory of Asymmetry: An Information-Spectrum Approach for Quantum Fisher Information

    Koji Yamaguchi

    Beyond IID in Information Theory 10  2022年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Beyond i.i.d. in the Resource Theory of Asymmetry: An Information-Spectrum Approach for Quantum Fisher Information

    Koji Yamaguchi

    Quantum resources: from mathematical foundations to operational characterisation  2022年12月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Entanglement is better teleported than transmitted

    Koji Yamaguchi

    Relativistic Quantum Information-North 2022  2022年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Improving the efficiently of transmitting quantum information by utilizing correlated quantum fluctuations

    Koji Yamaguchi

    13th Annual Conference on Relativistic Quantum Information (North)  2023年7月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Quantum geometric tensor determines the i.i.d. conversion rate in the resource theory of asymmetry for any compact Lie group

    Koji Yamaguchi

    Quantum Resources 2025  2025年3月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  • コンパクトLie群についての非対称性リソース理論におけるi.i.d.状態変換レートの量子幾何テンソルによる決定

    山口幸司

    日本物理学会 2025年春季大会  2025年3月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • 量子フィッシャー情報量の情報スペクトル的拡張によるエネルギーコヒーレンスの漸近変換の一般論

    山口幸司

    日本物理学会2024年春季大会  2024年3月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • 非対称性のリソース理論におけるsmooth metric adjusted skew informationとその漸近レート

    山口幸司

    日本物理学会 第79回年次大会  2024年9月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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MISC

  • Encrypted Qubits can be Cloned

    Koji Yamaguchi, Achim Kempf

    2025年1月

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    We show that encrypted cloning of unknown quantum states is possible. Any
    number of encrypted clones of a qubit can be created through a unitary
    transformation, and each of the encrypted clones can be decrypted through a
    unitary transformation. The decryption of an encrypted clone consumes the
    decryption key, i.e., only one decryption is possible, in agreement with the
    no-cloning theorem. A possible application of encrypted cloning is to enable
    encrypted quantum multi-cloud storage. Beyond applications in cryptography,
    encrypted cloning could provide a form of redundancy, parallelism, fault
    tolerance or scalability where direct duplication is forbidden by the
    no-cloning theorem.

    arXiv

    その他リンク: http://arxiv.org/pdf/2501.02757v1

  • Quantum geometric tensor determines the i.i.d. conversion rate in the resource theory of asymmetry for any compact Lie group

    Koji Yamaguchi, Yosuke Mitsuhashi, Tomohiro Shitara, Hiroyasu Tajima

    2024年11月

     詳細を見る

    Symmetry is one of the most significant foundational principles underlying
    nature. The resource theory of asymmetry (RTA) is a resource-theoretic
    framework for investigating asymmetry as a resource to break constraints
    imposed by symmetries. It has recently undergone significant developments,
    resulting in applications in a variety of research areas since symmetry and its
    breaking are ubiquitous in physics. Nevertheless, the resource conversion
    theory at the core of RTA remains incomplete. In the independent and
    identically distributed (i.i.d.) setup, where identical copies of a state are
    converted to identical copies of another state, conversion theory among pure
    states has been completed only for $U(1)$ group and finite groups. Here, we
    establish an i.i.d. conversion theory among any pure states in RTA for any
    continuous symmetry described by a compact Lie group, which includes the cases
    where multiple conserved quantities are involved. We show that the quantum
    geometric tensor is an asymmetry monotone for pure states that determines the
    optimal approximate asymptotic conversion rate. Our formulation achieves a
    unified understanding of conversion rates in prior studies for different
    symmetries. As a corollary of the formula, we also affirmatively prove the
    Marvian-Spekkens conjecture on reversible asymptotic convertibility in RTA,
    which has remained unproven for a decade.

    arXiv

    その他リンク: http://arxiv.org/pdf/2411.04766v2

メディア報道

  • Quanten-Dolly | Schlupfloch in einem Quantengesetz

    Spektrum der Wissenschaft  https://www.spektrum.de/news/qubits-koennen-geklont-werden-wenn-man-sie-verschluesselt/2260066  2025年4月