情報熱力学による生体情報処理の理論研究

• Project Area: Information physics of living matters
• Project/Area Number: 19H05796
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 沙川 貴大 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60610805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 創祐 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00771221)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥116,090,000 (Direct Cost: ¥89,300,000、Indirect Cost: ¥26,790,000); Fiscal Year 2023: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000); Fiscal Year 2022: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2021: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000); Fiscal Year 2020: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000); Fiscal Year 2019: ¥30,810,000 (Direct Cost: ¥23,700,000、Indirect Cost: ¥7,110,000)
• Keywords: 情報熱力学 / 生体情報処理 / 情報幾何 / トポロジー

Outline of Research at the Start

本研究では、情報と熱力学を融合させた理論、すなわち情報熱力学に基づいて、生体情報処理の理論的研究を行う。とくに、生体情報処理は本当に熱力学効率が高いのか、といった基本的な問いに答えることを目指す。また、情報理論の分野で注目を集めている「リソース理論」の考え方、さらにはトポロジーの概念を応用することで、狭義の情報熱力学にとどまらない多角的な理論研究を行う。さらに、情報幾何の手法と熱力学を組み合わせることにより、熱力学的な不確定性関係の新しい理論を発展させ、生体情報処理への応用を行う。

Outline of Annual Research Achievements

沙川は2022年度にトポロジーの研究に中心的に取り組んだ。とくに、非線形系のトポロジーの一般理論の構築に向けて、非線形チャーン数を定義し、それを用いると強非線形領域でもバルクエッジ対応が成り立ち、非線形性誘起のトポロジカル転移が起こることを見出した。なお、この前段階として行った非線形トポロジカル同期の論文はPhysical Review Researchから出版された。また、古典確率過程に特有のトポロジカル現象の研究も進め、winding numberがそのような現象を特徴づけることを見出し、論文を投稿中である。またそれ以外にも、情報熱力学の周辺で複数の論文を出版し、Physical Review Letter (Editor's Suggestion)やPhysical Review Xなどから出版された。
伊藤は、情報熱力学の生体システムの応用として膜輸送現象に適用した研究がPhysical Review Researchに出版されたほか、化学熱力学の情報幾何的による取り扱いを行った結果がPhysical Review Eに出版された。さらに最適輸送理論を定常状態熱力学にLangevin系および化学反応系に応用した結果が複数、Physical Review EおよびPhysical Review Researchに出版されたほか、これまでの研究の総まとめとして幾何学と非平衡熱力学に関する招待論文がInformation Geometry誌から出版された。このうち膜輸送の研究はA01班の岡田班との共同研究であり、また定常状態熱力学はA01班の佐々班との共同研究である。また本年度はそれ以外にも複数の論文を投稿しており、たとえば沙川と伊藤による共同研究として定常状態熱力学における熱力学的不確定性関係の論文が挙げられる。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は、とくに理論研究について、当初計画を大きく超えた成果が得られたと考えている。
とくに沙川は、非線形チャーン数を導入して強非線形領域におけるバルクエッジ対応を明らかにした。これは非線形トポロジカル相の系統的な特徴づけを可能にした初めての研究であり、非線形トポロジーという新しい研究領域を拓く大きな意義があると考えられ、当初計画を大きく超えた成果であると言える。また、古典確率過程に特有のトポロジカル現象など、生物系と密接に結びついた新たなトポロジカル現象を見出すことにも、当初計画通りに成功した。情報熱力学についても、Physical Review LettersのEditor's Suggestionに選ばれるなど、注目度の高い成果を挙げることができた。ただし、C02班竹内らとの実験の共同研究は、実験装置の制約などから進んでいない。
伊藤の情報幾何学などの幾何学を用いた情報熱力学の拡張に関する研究についても、当初計画を超えた結果を得ることができている。例えば、最適輸送理論に基づいた情報熱力学の拡張については、注目を集めて直近での引用数が伸びており、現在はこの最適輸送理論に基づいた研究について力を入れて取り組んでいる状況にある。特に、最適輸送理論に基づいた熱力学的不確定性関係や速度限界などの熱力学的な不等式を、生物システムや化学反応系へ応用や拡張する研究については、本年度だけでも複数の出版がなされた上、すでに複数の論文の投稿に至っている。一方で、実験の解析に関する共同研究に関しては、解析を担当するために雇用したポスドクの退職や栄転が相次いだため、現状継続して続けられる状況になっていない現状がある。よって、この解析については解析を担当した方が栄転先で、研究をどれだけ行えるかという点に強く依存しており、残念ながら今後の進捗の見通しは不透明になったと考えている。

Strategy for Future Research Activity

沙川は、最終年度である来年度に、非線形トポロジーや確率過程特有のトポロジーなどの論文を投稿・出版することで、これまでの成果を最終的な形にしたいと考えている。さらにそれにとどまらず、一般的な非線形系のトポロジカルな分類という、完全に未開拓の大きなテーマにも挑戦していきたい。また、確率過程に特有のトポロジカル現象に、多体効果を取り入れる研究も進めていく。さらに、それらの生体系における役割や、実験的実現の可能性についての研究を進めていく。それらを通して、トポロジカル現象と生物物理のクロスオーバーという研究領域の確立へとつなげていきたい。また、情報熱力学についての研究にも引き続き取り組んでいく。
伊藤は生体系を超えた熱力学的なトレードオフの新たな展開を、最適輸送や情報幾何などの幾何学に基づいて行うことを注力していこうと考えている。特に、ある種の緩和のスピードを決める遷移レートに関する固有値と、熱力学的な散逸のトレードオフ関係を、幾何学的な視点から導出したり、またそのような緩和のスピードに関する一般的な法則性を非エルミート性から導出する研究に注力していくことを考えている。また、さらに最適輸送理論や情報幾何に基づいた熱力学のアイディアをより様々な系に拡張し、例えば流体系や量子系、反応拡散系などの従来扱ってこなかった系での研究を行うことを企図している。その結果として、流体系や量子系での巻き数や渦といった概念を化学反応系に輸入することで、生体現象の記述を理解するための熱力学的なトレードオフ関係や情報熱力学的/物理的な概念の構築を目指していきたいと考えている。特に2023年度は最終年度でありすでに今までにこの研究提案における様々な研究を行っているため、2023年度はこれまでに得られた結果をまとめるとともに、次の研究提案に繋がるような研究の視野を広げることを目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stockholm University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] NWO Institute AMOLF(オランダ)
• [Int'l Joint Research] AMOLF(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Stockholm University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Journal Article] Deep Reinforcement Learning for Preparation of Thermal and Prethermal Quantum States (2023)
  • Author(s): Baba Shotaro Z.、Yoshioka Nobuyuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review Applied Volume: 19 Issue: 1 Pages: 014068-014068
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.19.014068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Housekeeping and excess entropy production for general nonlinear dynamics (2023)
  • Author(s): Kohei Yoshimura, Artemy Kolchinsky, Andreas Dechant, Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 5 Issue: 1 Pages: 013017-013017
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.5.013017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Geometric thermodynamics for the Fokker?Planck equation: stochastic thermodynamic links between information geometry and optimal transport (2023)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Journal Title: Information geometry Volume: 1 Issue: S1 Pages: 1-42
  • DOI: 10.1007/s41884-023-00102-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantum hydrodynamics from local thermal pure states (2022)
  • Author(s): Shoichiro Tsutsui, Masaru Hongo, Shintaro Sato, and Takahiro Sagawa,
  • Journal Title: Phys. Rev. Research Volume: 4 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.033059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exceptional mode topological surface laser (2022)
  • Author(s): Sone Kazuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 23 Pages: 235426-235426
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.235426
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topological synchronization of coupled nonlinear oscillators (2022)
  • Author(s): Sone Kazuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Issue: 2 Pages: 023211-023211
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.023211
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantum Fluctuation Theorem under Quantum Jumps with Continuous Measurement and Feedback (2022)
  • Author(s): Toshihiro Yada, Nobuyuki Yoshioka, Takahiro Sagawa,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 128 Issue: 17
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.170601
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterizing symmetry-protected thermal equilibrium by work extraction (2022)
  • Author(s): Yosuke Mitsuhashi, Kazuya Kaneko, Takahiro Sagawa,
  • Journal Title: Phys. Rev. X Volume: 12 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevx.12.021013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Eigenstate fluctuation theorem in the short- and long-time regimes (2022)
  • Author(s): Iyoda Eiki、Kaneko Kazuya、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 105 Issue: 4 Pages: 044106-044106
  • DOI: 10.1103/physreve.105.044106
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermodynamic role of main reaction pathway and multi-body information flow in membrane transport (2022)
  • Author(s): Satoshi Yoshida, Yasushi Okada, Eiro Muneyuki, and Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Issue: 2 Pages: 023229-023229
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.023229
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geometric decomposition of entropy production into excess, housekeeping, and coupling parts (2022)
  • Author(s): Andreas Dechant, Shin-ichi Sasa, Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 106 Issue: 2 Pages: 024125-024125
  • DOI: 10.1103/physreve.106.024125
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Information-geometric structure for chemical thermodynamics: An explicit construction of dual affine coordinates (2022)
  • Author(s): Naruo Ohga and Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 106 Issue: 4 Pages: 044131-044131
  • DOI: 10.1103/physreve.106.044131
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 化学熱力学のすすめ (2022)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 2023年1月号 Pages: 31-32
• [Journal Article] Estimating time-dependent entropy production from non-equilibrium trajectories (2022)
  • Author(s): Shun Otsubo, Sreekanth K. Manikandan, Takahiro Sagawa, and Supriya Krishnamurthy,
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 5 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s42005-021-00787-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Information geometry, trade-off relations, and generalized Glansdorff?Prigogine criterion for stability (2022)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Journal Title: Journal of Physics A Volume: 55 Issue: 5 Pages: 54001-54001
  • DOI: 10.1088/1751-8121/ac3fc2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geometric decomposition of entropy production in out-of-equilibrium systems (2022)
  • Author(s): Dechant Andreas、Sasa Shin-ichi、Ito Sosuke
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.l012034
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Asymptotic reversibility of thermal operations for interacting quantum spin systems via generalized quantum Stein’s lemma (2021)
  • Author(s): Takahiro Sagawa, Philippe Faist, Kohtaro Kato, Keiji Matsumoto, Hiroshi Nagaoka, and Fernando G. S. L. Brandao,
  • Journal Title: J. Phys. A: Math. Theor. Volume: 54 Issue: 49 Pages: 495303-495303
  • DOI: 10.1088/1751-8121/ac333c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Higher-order efficiency bound and its application to nonlinear nanothermoelectrics (2021)
  • Author(s): Kamijima Takuya、Otsubo Shun、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 104 Issue: 4 Pages: 044115-044115
  • DOI: 10.1103/physreve.104.044115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantum Thermodynamics of Correlated-Catalytic State Conversion at Small Scale (2021)
  • Author(s): Shiraishi Naoto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 126 Issue: 15 Pages: 150502-150502
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.150502
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermodynamic uncertainty relation and thermodynamic speed limit in deterministic chemical reaction networks (2021)
  • Author(s): Kohei Yoshimura and Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 127 Issue: 16
  • DOI: 10.1103/physrevlett.127.160601
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geometrical aspects of entropy production in stochastic thermodynamics based on Wasserstein distance (2021)
  • Author(s): Muka Nakazato and Sosuke Ito
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 3 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.043093
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Learning the best nanoscale heat engines through evolving network topology (2021)
  • Author(s): Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 4 Issue: 1 Pages: 45-45
  • DOI: 10.1038/s42005-021-00553-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Behavior of information flow near criticality (2021)
  • Author(s): Meijers Matthijs, Ito Sosuke, Wolde Pieter Rein ten
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW E Volume: 103 Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.103.l010102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Information geometric inequalities of chemical thermodynamics (2021)
  • Author(s): Yoshimura Kohei, Ito Sosuke
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW RESEARCH Volume: 3 Issue: 1 Pages: 013175-013175
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.013175
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exceptional non-Hermitian topological edge mode and its application to active matter (2020)
  • Author(s): Sone Kazuki、Ashida Yuto、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5745-5745
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19488-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optimizing a quantum reservoir computer for time series prediction (2020)
  • Author(s): Aki Kutvonen, Keisuke Fujii, and Takahiro Sagawa,
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 14687-14687
  • DOI: 10.1038/s41598-020-71673-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Numerical Verification of the Fluctuation-Dissipation Theorem for Isolated Quantum Systems (2020)
  • Author(s): Jae Dong Noh, Takahiro Sagawa, and Joonhyun Yeo,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 125 Issue: 5 Pages: 050603-050603
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.050603
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimating entropy production by machine learning of short-time fluctuating currents (2020)
  • Author(s): Shun Otsubo, Sosuke Ito, Andreas Dechant, and Takahiro Sagawa,
  • Journal Title: Phys. Rev. E Volume: 101 Issue: 6 Pages: 062106-062106
  • DOI: 10.1103/physreve.101.062106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stochastic Time Evolution, Information Geometry, and the Cramer-Rao Bound (2020)
  • Author(s): Sosuke Ito, Andreas Dechant
  • Journal Title: Physical Review X Volume: 10(2) Issue: 2 Pages: 021056-021056
  • DOI: 10.1103/physrevx.10.021056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unified framework for the entropy production and the stochastic interaction based on information geometry (2020)
  • Author(s): Sosuke Ito, Masafumi Oizumi, Shun-ichi Amari
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Issue: 3 Pages: 033048-033048
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficiency fluctuations and noise induced refrigerator-to-heater transition in information engines (2020)
  • Author(s): Govind Paneru, Sandipan Dutta, Takahiro Sagawa, Tsvi Tlusty, and Hyuk Kyu Pak,
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14823-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Macroscopic Thermodynamic Reversibility in Quantum Many-Body Systems (2019)
  • Author(s): Philippe Faist, Takahiro Sagawa, Kohtaro Kato, Hiroshi Nagaoka, and Fernando G. S. L. Brandão,
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 123 Issue: 25
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.250601
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Information thermodynamics for interacting stochastic systems without bipartite structure (2019)
  • Author(s): R. Chétrite, M. L. Rosinberg, T. Sagawa, and G. Tarjus,
  • Journal Title: Journal of Statistical Mechanics Volume: 11402 Issue: 11 Pages: 1-55
  • DOI: 10.1088/1742-5468/ab47fe
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heating and cooling of quantum gas by eigenstate Joule expansion (2019)
  • Author(s): Noh Jae Dong、Iyoda Eiki、Sagawa Takahiro
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 100 Issue: 1 Pages: 010106-010106
  • DOI: 10.1103/physreve.100.010106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 深層強化学習による熱的量子純粋状態からの仕事の取り出し (2023)
  • Author(s): 馬場翔太郎, 吉岡信行, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 非可換物理量の同時輸送に関する原理的限界 (2023)
  • Author(s): 三橋洋亮, 猪狩恒貴, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 量子推定理論に基づく量子誤り抑制の普遍的なコスト限界 (2023)
  • Author(s): 坪内健人, 沙川貴大, 吉岡信行
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 最適輸送と熱力学的最適化 (2023)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Organizer: Workshop OT 2023 「最適輸送とその周辺 ー 機械学習から熱力学的最適化まで」
• [Presentation] On the existence of complete thermodynamic potentials for quantum systems (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: Quantum resources: from mathematical foundations to operational characterization
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Quantum Fluctuation Theorems under Measurement and Feedback (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: Dynamic Days Asia Pacific 12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Quantum Fluctuation Theorem with Continuous Measurement and Feedback (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: Stochastic Thermodynamics: Recent Developments
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Non-Hermitian and Nonlinear Topology of Active Matter (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: Cell, Energetics, and information: New perspectives on nonequilibrium systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Three Approaches to Quantum Thermodynamics (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: YITP international workshop “Quantum Information Entropy in Physics”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2次元弱非線形系におけるチャーン数の拡張 (2022)
  • Author(s): 曽根和樹, 蘆田祐人, 吉岡信行, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 量子測定の不可逆性を表すゆらぎの定理 (2022)
  • Author(s): 矢田季寛, 吉岡信行, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 深層強化学習による典型量子状態の準備 (2022)
  • Author(s): 馬場翔太郎, 吉岡信行, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 一次元古典確率過程の緩和におけるトポロジーの効果 (2022)
  • Author(s): 澤田太郎, 曽根和樹, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] Information-geometric speed limit for biochemical information processing (2022)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: 74th Annual Meeting of the Japan Society for Cell Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Possible applications of optimal transport: From biological data processing to thermodynamics (2022)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Sendai 2022 An Update on Molecular Machines:Open Challenges and New Perspectives
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Optimal transport theory and stochastic thermodynamics (2022)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: RIMS workshop Perspectives in random and non-autonomous dynamical systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 化学反応系における情報幾何学的な散逸の分解 (2022)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Organizer: 生理研研究会 「第４回 力学系の視点からの脳・神経回路の理解」
  • Invited
• [Presentation] An introduction to resource theory of thermodynamics (Tutorial) (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: YITP international workshop “Quantum Information Entropy in Physics”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] On the existence of thermodynamic potentials for quantum systems: A resource-theoretic approach (2022)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: ICTS Workshop “Classical and Quantum Transport Processes: Current State and Future Directions”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 例外表面モードに保護されたトポロジカルレーザー (2022)
  • Author(s): 曽根和樹, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] 非平衡定常熱力学における熱力学的不確定性関係 (2022)
  • Author(s): 上島卓也, 伊藤創祐, Andreas Dechant, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] 有限次元量子クロックの漸近的な実装精度 (2022)
  • Author(s): 三橋洋亮, 熊崎絋介, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] Thermodynamics of information (2021)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: The 6th National Conference on Statistical Physics and Complex Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Characterizing complexity of many-body quantum dynamics by higher-order eigenstate thermalization (2021)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: Quantum Many-Body Dynamics: Thermalization and its Violations
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] バンドトポロジー由来の非線形トポロジカル同期 (2021)
  • Author(s): 曽根和樹, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 長時間領域におけるエネルギー固有状態のゆらぎの定理 (2021)
  • Author(s): 伊與田英輝, 金子和哉, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] クエンチと断熱操作によるpassivityの特徴付け (2021)
  • Author(s): 三橋洋亮, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 相関した触媒の存在下における量子熱力学の第二法則 (2021)
  • Author(s): 白石直人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 量子連続フィードバック下のゆらぎの定理 (2021)
  • Author(s): 矢田季寛, 吉岡信行, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] Information geometry, thermodynamics, and biochemical information processing (2021)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: MINDS-MoNET-ISE Workshop Information, Network & Topological Data Analysis
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 非可換な時間依存ハミルトニアンに対するクロックの実装 (2021)
  • Author(s): 熊崎紘介, 三橋洋亮, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 機械学習による非定常エントロピー生成の変分推定 (2021)
  • Author(s): 大坪舜, Sreekanth K Manikandan, 沙川貴大, Supriya Krishnamurthy
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 非線形量子ドット熱機関におけるパワー・効率限界 (2021)
  • Author(s): 上島卓也, 大坪舜, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 非線形振動子のトポロジカルな同期現象 (2021)
  • Author(s): 曽根和樹, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 熱力学における幾何学：情報幾何学と最適輸送理論 (2021)
  • Author(s): 伊藤 創祐
  • Organizer: 統計物理学懇談会
  • Invited
• [Presentation] 情報幾何に基づいた生細胞内での熱力学的速度限界の実験的検証 (2021)
  • Author(s): 芦田慶太, 青木一洋, 伊藤創祐
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] On the existence of a complete thermodynamic potential for quantum many-body systems (2020)
  • Author(s): T. Sagawa
  • Organizer: CSH Workshop “Stochastic thermodynamics of complex systems”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] リソース理論による量子熱力学--非平衡ポテンシャルの存在証明を中心に-- (2020)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Organizer: 第43回量子情報技術研究会 (QIT43)
  • Invited
• [Presentation] 高次の固有状態熱化仮説 (2020)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Organizer: 量子多体系の熱力学 --数理の発展と展望
  • Invited
• [Presentation] リソース理論によるマクロ熱力学ポテンシャルの存在証明 (2020)
  • Author(s): 沙川貴大, Philippe Faist, 加藤晃太郎, 長岡浩司, Fernando G.S.L. Brandao
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] 非エルミート例外エッジモードとそのアクティブマターへの応用 (2020)
  • Author(s): 曽根和樹, 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 対称性制約下における完全に量子的な仕事の取り出し (2020)
  • Author(s): 三橋洋亮, 金子和哉, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 差分進化を用いた最適なナノ熱電熱機関の探索 (2020)
  • Author(s): 蘆田祐人, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 量子多体scarの近似的なSU(2)代数構造の数値的検証 (2020)
  • Author(s): 馬場翔太郎, 金子和哉, 伊與田英輝, 沙川貴大
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] Information geometry, thermodynamics, and biochemical information processing (2020)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: CSH Online Workshop Stochastic thermodynamics of complex systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Information-geometric method to quantify the thermodynamic cost of ERK MAPK activation (2020)
  • Author(s): Keita Ashida, Kazuhiro Aoki, and Sosuke Ito
  • Organizer: The 58th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • Invited
• [Presentation] The projection theorem in information geometry and the entropy production (2020)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: RIGOROUS STATISTICAL MECHANICS AND RELATED TOPICS II
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermodynamic resource theory of quantum many-body systems (2020)
  • Author(s): Takahiro Sagawa
  • Organizer: Mini-Workshop on Quantum System Engineering
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 情報処理の熱力学 (2020)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Organizer: 新世代研究所 第３回 スピントロニクス研究会
  • Invited
• [Presentation] リソース理論によるマクロ熱力学ポテンシャルの存在証明 (2020)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Organizer: 量子論の諸問題と今後の発展（QMKEK7）
  • Invited
• [Presentation] The Fisher information and the entropy production (2020)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Combining Information-theoretic Perspectives on Agency (CIPA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 情報理論と確率的な熱力学 (2020)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Organizer: 駒場物性セミナー
  • Invited
• [Presentation] Characterizing complexity of many-body quantum dynamics by higher-order eigenstate thermalization (2019)
  • Author(s): Takahiro Sagawa
  • Organizer: ICTS Workshop "Thermalization, many-body localization and hydrodynamics"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Second law and eigenstate thermalization in isolated quantum many-body systems (2019)
  • Author(s): Takahiro Sagawa
  • Organizer: Fundamental Aspects of Statistical Mechanics and the Emergence of Thermodynamics in Non-Equilibrium Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermodynamic resource theory of quantum many-body systems and generalized quantum Stein's Lemma (2019)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Organizer: MINI WORKSHOP ON CLASSICAL AND QUANTUM RESOURCES
  • Invited
• [Presentation] Thermodynamics of information geometry (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Data analysis and machine learning in dynamical systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermodynamic interpretation of information geometry and thermodynamic uncertainty relationships (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: 2nd MBI-UBI Joint Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermodynamics of information geometry and a generalization of the Glansdorff-Prigogine criterion for stability (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: The East Asia Joint Seminars on Statistical Physics 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermodynamics of information geometry and a generalization of the Glansdorff-Prigogine criterion for stability (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Workshop on Recent Progress in Mathematical and Statistical Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermodynamics of information geometry and a generalization of the Glansdorff-Prigogine criterion for stability (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: UBI-NanoLSI Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Stochastic thermodynamics and information geometry (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Statistical physics of complex systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stochastic thermodynamics and information geometry (2019)
  • Author(s): Sosuke Ito
  • Organizer: Statphys 27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Glansdorff-Prigogineの安定性規準と情報幾何の熱力学 (2019)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Organizer: 日本物理学会 2019年 秋季大会
• [Presentation] 生体内での情報と熱の物理法則 (2019)
  • Author(s): 伊藤創祐
  • Organizer: シンポジウム 「生物物理の新展開」
• [Book] 非平衡統計力学 ―ゆらぎの熱力学から情報熱力学まで― (2022)
  • Author(s): 沙川貴大
  • Total Pages: 192
  • Publisher: 共立出版
  • ISBN: 9784320035485
• [Book] 量子測定と量子制御 [第2版] (2022)
  • Author(s): 沙川貴大，上田正仁
  • Total Pages: 221
  • Publisher: サイエンス社
  • ISBN: 4781915477
• [Book] Entropy, Divergence, and Majorization in Classical and Quantum Thermodynamics (2022)
  • Author(s): Takahiro Sagawa,
  • Total Pages: 160
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811666438
• [Remarks] 沙川研究室
  • URL: http://noneq.c.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks] 伊藤研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/itogroup/lab/
• [Remarks] 新学術領域研究「情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理」
  • URL: https://infophys-bio.jp/
• [Remarks] 化学反応において普遍的に成り立つ非平衡熱力学法則を導出
  • URL: https://www.phys.s.u-tokyo.ac.jp/press/31232/
• [Remarks] 情報による観測量の変化速度の熱力学的な限界を発見
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2020/6910/