| Project/Area Number |
21K14160
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Shinshu University (2023)
Tokyo University of Science (2021-2022) |
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Principal Investigator |
Shibata Ryo 信州大学, 工学部, 助教 (60898401)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | LDPC符号 / 空間結合符号 / 挿入削除誤り / DNAストレージ / 次世代ストレージ / 連接符号 / 同期誤り訂正 / 確率推論 / DNA / 挿入/削除誤り / 確率伝搬法 / 次世代ストレージ技術 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、DNAを使ってデジタルデータを記録しようという挑戦が世界中の研究機関や企業でなされている。DNAストレージは、数百年単位の記録寿命かつ1グラムあたり数百ペタバイトのデータ保存を実現できると期待されているが、データの重複・損失・置換による誤りが発生し、信頼性の低下が懸念される。本研究では、シャノン限界に近い性能を達成するLDPC符号と確率推論に基づく復号法に代表される現代的な符号理論の枠組みで、それらの誤りの訂正方法の提案、より高い効率性・信頼性・安定性の実現方法の提案、および訂正能力を評価しその有効性を示すことを目的とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we propose a new coding and decoding scheme based on Low-Density Parity-Check (LDPC) codes and probabilistic inference to correct insertion, deletion, and substitution (IDS) errors, which are known to occur in DNA storage. Specifically, we developed a design method for irregular LDPC codes for ID+noise errors, a sliding window-based error correction method, and a nonbinary LDPC coding method to correct position errors in racetrack memory (RM). These methods have improved the reliability and efficiency of IDS error correction codes, taking a step toward practical application. Additionally, the delayed coding (DC) scheme enables high performance while reducing computational costs.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は，DNAストレージ技術の信頼性，効率性，安定性を向上させるための新しい基礎理論を提供するものである．学術的には，IDS誤りの数理モデルと通信路容量の計算を通じて理論的限界を明らかにし，LDPC符号と確率推論に基づく革新的な符号化および復号法を提案した．社会的には，次世代ストレージ技術 (DNAストレージ，レーストラックメモリ等) の発展とデータ保存の信頼性向上に貢献するものである．これにより，重要なデータの長期保存がより安全かつ確実に行えるようになる．
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