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光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明

Research Project

Project/Area Number 21F21375
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Review Section Basic Section 61040:Soft computing-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

成瀬 誠  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (20323529)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ROEHM ANDRE  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2021-11-18 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Keywordsリザーバーコンピューティング / 複雑システム / 光リザーバーコンピューティング
Outline of Research at the Start

光リザーバコンピューティングは、光の物理過程そのものを複雑な相互作用を含んだ計算リソース(リザーバ)と見なし、リザーバと観測系の結合部のみを学習の対象とする計算原理であり、簡易な構成ながら高度な機能を発揮する機械学習として注目されている。本研究は光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明を目的とし、具体的には日本学術振興会特別研究員Roehm博士が世界に先駆けて切り拓いた、複数の光遅延を組み合わせた新たなリザーバの極限性能の解明を目指す。さらに光リザーバコンピューティングの目標機能として従来の時系列予測だけでなくデータの生成機能等へ拡大することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

光リザーバコンピューティングは、光の物理過程そのものを複雑な相互作用を含んだ計算リソース(リザーバ)と見なし、リザーバと観測系の結合部のみを学習の対象とする計算原理であり、簡易な構成でありながら高度な機能を発揮する機械学習手法として近年注目されている。特に、光の高速性を生かした時系列予測などの応用で顕著な効果が示されている。しかし、従来研究におけるリザーバは、単一の光ファイバーを用いた単純な光遅延に基づいている。本来、光を用いたリザーバにはより一般的で普遍性の高い構造を想定できる。本研究は光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明を目的とし、具体的に
は、当該特別研究員Roehm博士が世界に先駆けて切り拓いた、複数の光遅延を組み合わせた新たなリザーバの極限性能の解明を目指す。さらに、光リザーバコンピューティングの目標機能として従来の時系列予測だけでなくデータの生成機能等へ拡大することを目指す。
研究2年度目である当該年度は、初年度の整備した研究環境を用いてリザーバコンピューティングの性能評価を進捗させた。特に、リザーバコンピューティングにおける信号のサンプリング頻度と、時系列の自律的再生能力を詳細に分析し、リザーバコンピューティングが適性に動作するためのサンプリング頻度が存在することを示した。これはデータ生成に向け基礎となる結果でもある。当該研究は国際会議JKCCS2023においてBest Paper Awardを受賞した。また、リザーバコンピューティングに限らず、光を用いたコンピューティングに関する協働研究に積極的に関与し、複数の原著論文の出版に貢献した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 8 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Optimal Preference Satisfaction for Conflict-Free Joint Decisions2023

    • Author(s)
      Shinkawa Hiroaki、Chauvet Nicolas、Bachelier Guillaume、Roehm Andre、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Complexity

      Volume: 2023 Pages: 1-19

    • DOI

      10.1155/2023/2794839

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Skeleton structure inherent in discrete-time quantum walks2023

    • Author(s)
      Yamagami Tomoki、Segawa Etsuo、Tanaka Ken'ichiro、Mihana Takatomo、R?hm Andr?、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 107 Issue: 1 Pages: 012222-012222

    • DOI

      10.1103/physreva.107.012222

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of temporal structure of laser chaos by Allan variance2023

    • Author(s)
      Asuke Naoki、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Kanno Kazutaka、Uchida Atsushi、Niiyama Tomoaki、Sunada Satoshi、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 107 Issue: 1 Pages: 014211-014211

    • DOI

      10.1103/physreve.107.014211

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pairing Optimization via Statistics: Algebraic Structure in Pairing Problems and Its Application to Performance Enhancement2023

    • Author(s)
      Fujita Naoki、Roehm Andre、Mihana Takatomo、Horisaki Ryoichi、Li Aohan、Hasegawa Mikio、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Entropy

      Volume: 25 Issue: 1 Pages: 146-146

    • DOI

      10.3390/e25010146

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conflict-Free Joint Sampling for Preference Satisfaction through Quantum Interference2022

    • Author(s)
      Shinkawa Hiroaki、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Mihana Takatomo、Horisaki Ryoichi、Bachelier Guillaume、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 18 Issue: 6 Pages: 064018-064018

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.18.064018

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Directivity of Quantum Walk via Its Random Walk Replica2022

    • Author(s)
      Yamagami Tomoki、Segawa Etsuo、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Complexity

      Volume: 2022 Issue: 1 Pages: 9021583-9021583

    • DOI

      10.1155/2022/9021583

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient Pairing in Unknown Environments: Minimal Observations and TSP-Based Optimization2022

    • Author(s)
      Fujita Naoki、Chauvet Nicolas、Rohm Andre、Horisaki Ryoichi、Li Aohan、Hasegawa Mikio、Naruse Makoto
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 57630-57640

    • DOI

      10.1109/access.2022.3179113

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient Pairing in Unknown Environments: Minimal Observations and TSP-based Optimization2022

    • Author(s)
      N. Fujita, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • Journal Title

      arXiv:2203.12214

      Volume: 未定

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  • [Journal Article] Compressive propagation with coherence2022

    • Author(s)
      Horisaki Ryoichi、Aoki Takuro、Nishizaki Yohei、Rohm Andre、Chauvet Nicolas、Tanida Jun、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 47 Issue: 3 Pages: 613-616

    • DOI

      10.1364/ol.444772

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Model-free inference of unseen attractors: Reconstructing phase space features from a single noisy trajectory using reservoir computing2021

    • Author(s)
      A. Roehm, D. J. Gauthier, and I. Fischer
    • Journal Title

      Chaos

      Volume: 31 Issue: 10 Pages: 103127-103127

    • DOI

      10.1063/5.0065813

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Skeleton structure inherent in quantum walks2022

    • Author(s)
      T. Yamagami, E. Segawa, K. Tanaka, T. Mihana A. Roehm, R. Horisaki, and M. Naruse
    • Organizer
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Asymmetric collective decision making through quantum interference2022

    • Author(s)
      H. Shiratori, H. Shinkawa, A. Roehm, N. Chauvet, G. Bachelier, J. Laurent, T. Mihana, R. Horisaki, and M. Naruse
    • Organizer
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An efficient observation algorithm that achieves the minimum number of measurements for pairing optimization2022

    • Author(s)
      N. Fujita, A. Roehm, T. Mihana, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • Organizer
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mathematical modeling of bending phenomena in photochromic single crystals by catastrophe theory2022

    • Author(s)
      H. Suzui, K. Uchiyama, K. Uchida, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, H. Hori, and M. Naruse
    • Organizer
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 離散時間1次元量子ウォークの骨格構造について2022

    • Author(s)
      山上智輝、瀬川悦生、 田中健一郎、 巳鼻孝朋、 Roehm Andre、 堀﨑遼一、 成瀬 誠
    • Organizer
      2022年度応用数学合同研究集会
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  • [Presentation] 瞬時情報処理担体としてのレーザネットワークとそのコンピューティング応用2022

    • Author(s)
      巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、菅野円隆、内田淳史、成瀬 誠
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2022(OPJ2022)
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    • Invited
  • [Presentation] リザバーコンピューティングによるカオス時系列の自律的再生におけるサンプリング頻度の影響2022

    • Author(s)
      土山晃平、レーム アンドレ、巳鼻孝朋、堀崎遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 量子干渉による非対等な集団的意思決定2022

    • Author(s)
      白鳥帆香、新川浩彬、A. Roehm、N. Chauvet、G. Bachelier、J. Laurent、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 選好性充足を行う選択競合のない量子干渉サンプリング2022

    • Author(s)
      新川浩彬、白鳥帆香、ショヴェ ニコラ、バシェリエ ギヨム、レーム アンドレ、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] レーザネットワークのゼロ遅延同期を用いた協調的意思決定メカニズム2022

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      神徳 駿、巳鼻孝朋、Roehm Andre、堀﨑遼一、菅野円隆、内田淳史、成瀬 誠
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 順序エントロピーによるレーザーカオス時系列の分析2022

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      足助尚樹、巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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      A. Roehm, F. Stelzer, R. Vicente, I. Fischer, S. Yanchuk, S. Sunada, T. Niiyama, R. Horisaki, and M. Naruse
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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      山上智輝、瀬川悦生、田中健一郎、巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
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  • [Presentation] 選択競合のない集団的意思決定における最適な選好性充足手法2022

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      新川浩彬、ショヴェ ニコラ、バシェリエ ギヨム、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
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  • [Presentation] 非直交多元接続に対するペアリング最適化アルゴリズムの適用2022

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      藤田尚輝、アンドレ レーム、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、李 傲寒、長谷川幹雄、成瀬 誠
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      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
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      鈴井洸胤、内山和治、内田欣吾、ニコラ ショヴェ、アンドレ レーム、堀﨑遼一、堀 裕和、成瀬 誠
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      足助尚樹、ショヴェ 二コラ、レーム アンドレ、菅野円隆、内田淳史、堀﨑遼一、成瀬 誠
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      新川浩彬、Chauvet Nicolas、Bachelier Guillaume、Huant Serge、Roehm Andre、堀﨑遼一、成瀬 誠
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  • [Presentation] 巡回セールスマン問題としてのペアリング最適化と高効率アルゴリズム2022

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      藤田尚輝、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、李 傲寒、長谷川幹雄、成瀬 誠
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      奥山拓哉、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、成瀬 誠
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      2022年電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] 量子ウォークを用いたバンディットアルゴリズム2022

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      山上智輝、瀬川悦生、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
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  • [Presentation] Generation of one-dimensional random walks driven by quantum walks2021

    • Author(s)
      T. Yamagami, E. Segawa, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, and M. Naruse
    • Organizer
      International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proposal of efficient algorithms for large scale pairing2021

    • Author(s)
      N. Fujita, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • Organizer
      International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.inter.ipc.i.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-02-08   Modified: 2024-03-26  

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