• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of single-electron reservoir compuiting

Research Project

Project/Area Number 19H02545
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

大矢 剛嗣  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30432066)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords単電子回路 / リザーバコンピューティング
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は「リザーバコンピューティング(RC)モデルを単電子デバイスに実装するための回路アーキテクチャの開発」をすることである。RCとは、近年注目を浴びているニューラルネットワーク(NN)モデルの一つである。最大の特徴は、リザーバと呼ばれる部分に含まれるニューロン間の接続や結合重みの設定法であり、一般的なNNでは十分に検討の必要があった設定・手法が不要になっている点である。究極的にはリザーバ部内のニューロン間配線はゼロでも構わないというのも回路アーキテクチャを考える際には大変魅力的である。よって、応募者のこれまでの「単電子回路+NN」研究の知見を活かしつつRCモデルを導入することで、単電子回路研究の課題である配線数の問題と学習(シナプス結合の荷重変更)、およびこれまでの雑音・ノイズ利用を包括した新しい単電子情報処理の仕組みが完成する可能性がある。
本研究課題においては特に(i)リザーバコンピューティングモデルを基にどのように単電子回路化するのか、(ii) (i)の(配線数を抑制した)設計回路が雑音・ゆらぎ環境下で所望の動作をするか、(iii)動作した場合に、なぜ動作出来ているのかを説明できる理論の構築、(iv)学習機能の実装とそれが正常動作をするかの確認の4点について着目し研究を進めている。2022年度は2021年度に引き続き、主に(iv)について研究を進め、より実践的なオンライン学習の導入とその実現可能性を見出した。さらに、(iii)の理論構築についても検討を進めているところである。本年度の研究成果については、査読付き英語論文を2報、査読付き国際会議発表を5件、国内学会発表を12件(1件の招待講演含む)するに至った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究で主に設定している4つの課題のうち、前年度までの成果を踏まえつつ主に(iv) の学習についてさらに研究を進めることができた。加えて、(iii)の動作理論の構築についても検討を進めている。これまでに一定程度の研究成果が得られ、査読付き英語論文を2報、査読付き国際会議発表を5件、国内学会発表を12件(1件の招待講演含む)するに至ったため、おおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

初年度において、単電子リザーバ回路構築のための基本的な知見をある程度見出すことができた。2020年度はコロナ禍で計画の変更も余儀なくされたが初年度に続く成果を得ることができた。2021年度は学習についての検討を進め重要な知見を得ることができた。2022年度は学習についての検討の深化と、動作理論構築の検討を進めた。最終年度となる本年度はそれらを踏まえつつ、総括的に(i)~(iv)で、十分な検討に至っていない部分を中心に検討を進める。
研究成果については、引き続き英語論文や各種学会・国際会議での発表を積極的に行う。

  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Design of single-electron information-processing circuit modeled on Boids algorithm of fish shoals2023

    • Author(s)
      Yamashita Hideto、Oya Takahide
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      Volume: 14 Pages: 547~558

    • DOI

      10.1587/nolta.14.547

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Design of comb-shaped single-electron slime mold circuit and its application to traveling salesman problem2022

    • Author(s)
      Matsuoka Takuya、Oya Takahide
    • Journal Title

      International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems

      Volume: 37 Pages: 613~622

    • DOI

      10.1080/17445760.2022.2140341

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子コンピューティングの原理に学ぶ単電子回路の改良検討2023

    • Author(s)
      横山海里, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 単電子リザーバコンピューティング回路の性能向上検討2023

    • Author(s)
      渡邉隼弥, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 熱雑音を味方につける単電子シナプス回路の開拓(2)2023

    • Author(s)
      小林拓史, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 単電子反応拡散回路における平行波の伝搬方向制御に関する検討2023

    • Author(s)
      田村啓一朗, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Design of Single-Electron Reservoir Computing Circuit and Evaluation of Its Learning Function2022

    • Author(s)
      S. Watanabe and T. Oya
    • Organizer
      Silicon Nanoelectronics Workshop 2022 (SNW 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of Single-Electron Unicursal Curve Drawing Circuit for Solving Undirected Graph2022

    • Author(s)
      S. Tsukada and T. Oya
    • Organizer
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of a New Information-Processing Single-Electron Circuit Mimicking Behavior of Herd of Wolves2022

    • Author(s)
      R. Ogawa and T. Oya
    • Organizer
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of signal route switching circuit for single-electron circuit with simple structure2022

    • Author(s)
      S. Tsukada and T. Oya
    • Organizer
      the 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of pursuit circuit for single-electron circuit mimicking behavior of herd of wolves2022

    • Author(s)
      R. Ogawa and T. Oya
    • Organizer
      the 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アリの挙動に学ぶ単電子情報処理回路における要素回路の熱応答性評価2022

    • Author(s)
      岡田壮一, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] オオカミの群れ挙動に学ぶ単電子回路向け追跡挙動表現回路の改善検討2022

    • Author(s)
      小川 陸, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] オイラーグラフの一筆書き動作のための単電子回路の設計2022

    • Author(s)
      塚田聖司, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 分子コンピューティングの原理に学ぶ単電子回路のための反応方向決定回路2022

    • Author(s)
      横山海里, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 単電子リザーバコンピューティング回路でのオンライン学習機能の実装," 第83回応用物理学会秋季学術講演会2022

    • Author(s)
      渡邉隼弥, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 熱雑音を味方につける単電子シナプス回路の開拓2022

    • Author(s)
      小林拓史, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 平行波発生・進行を表現する単電子反応拡散回路の性能向上検討2022

    • Author(s)
      田村啓一朗, 中森唯斗, 大矢剛嗣
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 自然・生物に学ぶ情報処理手法の量子・ナノデバイスへの実装検討2022

    • Author(s)
      大矢剛嗣
    • Organizer
      北陸先端科学技術大学院大学 自然との共感・共生国際シンポジウム2022
    • Invited
  • [Remarks] 横浜国立大学大学院理工学府 大矢剛嗣研究室 研究業績ページ

    • URL

      http://arrow.ynu.ac.jp/publication.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi