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Establishment of computational intelligence based on quantum information theory and quantum biology and intelligent sensing processing applications

Research Project

Project/Area Number 16K00337
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Soft computing
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

Matsui Nobuyuki  兵庫県立大学, 工学研究科, 特任教授 (10173783)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 礒川 悌次郎  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70336832)
Research Collaborator KOUDA NORIAKI  
ITAMI TETURO  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords量子ビットニューロン / 四元数表示ニューラルネットワーク / 量子ダイナミクス / 時系列予測 / 搬送システム / 群ロボット / 量子計算知能 / 四元数ニューラルネットワーク / ブラウン運動 / 予測システム / 複素数表示 / 四元数 / ニューラルネットワーク / シュレディンガー方程式 / 量子波動 / 四元数極表示 / 量子論理ゲート / カオス時系列予測 / 量子粒子群最適化 / 量子バイオロジー / 臭気識別 / ソフトコンピューティング / 計算知能 / 量子情報
Outline of Final Research Achievements

This project aimed to establish computational intelligence methods based on quantum information theory and quantum biology, and to construct a system application in which these methodical schemes function as a new dominant engineering method. As a result, we were able to clarify a new indication of the entanglement effect of the qubit neuron and its advantages in time series prediction. Furthermore, we made a progress in launching an extended quantum and deep learning, and evaluated the effect of quaternion equipped as an associative memory type and Extreme learning. We could then show the effectiveness of quaternion description. In addition, we developed a transport system of swarm robot by quantum mechanical methods, and were able to assess its performance quality etc.
As an outcome of practical system applications, we could start the followings: the construction of an odor identification system inspired by quantum biology and the construction of a disease prediction system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

得られた結果はまだ十分でなく、今後の精査とともに理論的根拠も明確にしていくことが課題として残ったが、本課題で達成し得た全体としての研究成果は、計算知能アルゴリズムに新展開をもたらす独創的な成果であると考えている。
また「量子力学的手法によるシステムと制御」と題した関連学会のテクノシリーズの書籍出版並びに招待講演も行い得て、本課題でめざした新手法の普及も達成できたと考えている。これらのことから、専門分野での一定の高い評価が得られたこと、そして社会的にも研究成果を発信できたことは当該分野に顕著な貢献をなし得たと考えている。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (22 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Heterogeneous recurrent neural networks for natural language model2019

    • Author(s)
      M.Tsuji, T.Isokawa, N.Yumoto, N.Matsui, and N.Kamiura
    • Journal Title

      Artificial Life and Robotics

      Volume: 未定 Issue: 2 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1007/s10015-018-0507-1

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A universal Brownian cellular automaton with 3 states and 2 rules2018

    • Author(s)
      T.Isokawa, F.Peper, K.Ono, and N.Matsui
    • Journal Title

      Natural Computing

      Volume: 17 Issue: 3 Pages: 499-509

    • DOI

      10.1007/s11047-017-9651-0

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  • [Journal Article] A Convolutional Autoencoder for Detecting Tumors in Double Contrast X-ray Images2018

    • Author(s)
      M.Tanaka, T.Isokawa, N.Matsui, T.Yumoto, and N.Kamiura
    • Journal Title

      Proceedings of Joint 7th International Conference on Informatics, Electronics & Vision (ICIEV) and 2nd International Conference on Imaging, Vision, & Pattern Recognition (icIVPR)

      Volume: 1 Pages: 384-387

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  • [Journal Article] Macroscopic robots as microscopic liquid molecules -- Brownian motion and quantum dynamics2018

    • Author(s)
      Itami, T.; Matsui, N.; Kouda, N
    • Journal Title

      Proceedings of the SICE Annual Conference (SICE2018)

      Volume: 1 Pages: 1776-1781

    • DOI

      10.23919/sice.2018.8492589

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  • [Journal Article] A Neural Language Model by Heterogeneous Recurrent Neural Networks2018

    • Author(s)
      Masayuki Tsuji, Teijiro Isokawa, Takayuki Yumoto, Nobuyuki Matsui, Naotake Kamiura
    • Journal Title

      Proceedings of the 23rd International Symposium on Artificial Life and Robotics 2017 (AROB 23rd 2018) & the 3rd International Symposium on BioComplexity (ISBC 3rd 2018)

      Volume: - Pages: 250-253

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  • [Journal Article] Complex-Valued Associative Memories with Projection and Iterative Learning Rules2018

    • Author(s)
      Isokawa Teijiro, Yamamoto Hiroki, Nishimura Haruhiko, Yumoto Takayuki, Kamiura Naotake, Matsui Nobuyuki
    • Journal Title

      Journal of Artificial Intelligence and Soft Computing Research

      Volume: 8 Issue: 3 Pages: 237-249

    • DOI

      10.1515/jaiscr-2018-0015

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  • [Journal Article] Pseudo-orthogonalization of Memory Patterns for Complex-valued and Quaternionic Associative Memories2017

    • Author(s)
      Toshifumi Minemoto, Teijiro Isokawa, Haruhiko Nishimura, Nobuyuki Matsui
    • Journal Title

      Journal of Artificial Intelligence and Soft Computing Research

      Volume: 7 Issue: 4 Pages: 257-264

    • DOI

      10.1515/jaiscr-2018-0018

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  • [Journal Article] A learning vector quantization approach for odor recognition2017

    • Author(s)
      Y. Sakai, T. Minemoto, T. Isokawa, N. Matsui
    • Journal Title

      Proceedings of the 22nd International Symposium on Artificial Life and Robotics 2017

      Volume: - Pages: 396-400

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  • [Journal Article] Feed forward neural network with random quaternionic neurons2017

    • Author(s)
      T.Minemoto, T.Isokawa, H.Nishimura, and N.Matsui
    • Journal Title

      Signal Processing

      Volume: 136 Pages: 59-68

    • DOI

      10.1016/j.sigpro.2016.11.008

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  • [Journal Article] Chaotic Time Series Prediction by Qubit Neural Network with Complex-Valued Representation2016

    • Author(s)
      T. Ueguchi, N. Matsui, T. Isokawa
    • Journal Title

      Proceedings of the SICE Annual Conference 2016

      Volume: - Pages: 1353-1358

    • DOI

      10.1109/sice.2016.7749232

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      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Performance of Qubit Neural Network in Chaotic Time Series Forecasting2016

    • Author(s)
      T. Ueguchi, N. Matsui, T. Isokawa
    • Journal Title

      Lecture Notes in Computer Sciences

      Volume: 9949 Pages: 253-260

    • DOI

      10.1007/978-3-319-46675-0_28

    • ISBN
      9783319466743, 9783319466750
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      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 一般化されたボルツマン分布 ― 巨視的な少数ロボット群の制御モデルとしての ―2019

    • Author(s)
      伊丹哲郎,松井伸之,幸田憲明
    • Organizer
      第6回 制御部門マルチシンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 簡素な数台のロボットを使ったトラッキング・シ ステムにおける量子揺らぎ2018

    • Author(s)
      伊丹哲郎,松井伸之,幸田憲明
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      計測自動制御学会第13回コンピューテェーショナル・インテリジェンス研究会
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  • [Presentation] 高速ブロック学習型自己組織化マップに基づく健康診断結果による疾病予測システムの構築2018

    • Author(s)
      成田健, 礒川悌次郎, 松井伸之, 湯本高行, 上浦尚武, 岡本稔, 高山哲郎
    • Organizer
      第28回インテリジェント・システム・シンポジウム (FAN2018)
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  • [Presentation] 分子としてのロボットによるブラウン運動2018

    • Author(s)
      伊丹哲郎,松井伸之
    • Organizer
      東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会「高次元ニューロダイナミクスとそのニューロハードウエア構築への展開」
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    • Invited
  • [Presentation] 相互通信機能を持たない少数ロボット群による複数物体の搬送2018

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      伊丹哲郎,松井伸之,幸田憲明
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
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  • [Presentation] 複数個の物体をトラックするための相互通信を持たない群ロボット・システム2018

    • Author(s)
      伊丹哲郎,松井伸之,幸田憲明
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      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会
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  • [Presentation] 機械学習による健康診断結果による疾病予測システムの構築ならびに評価2018

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      成田健, 礒川悌次郎, 松井伸之, 湯本高行, 上浦尚武, 岡本稔, 高山哲郎
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
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  • [Presentation] エネルギーのボルツマン分布に基づく複数物体の搬送システム設計2018

    • Author(s)
      伊丹哲郎,松井伸之,幸田憲明
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      第27回計測自動制御学会 中国支部学術講演会
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  • [Presentation] 半導体アレイセンサとニューラルネットワークを用いた臭い識別システムの構築2018

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      岸田直也, 礒川悌次郎, 松井伸之, 湯本高行, 上浦 尚武
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      第14回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会
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      松井伸之
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      エレクトロニクス実装会
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      藤井航基, 峯本俊文, 礒川悌次郎, 松井伸之
    • Organizer
      電子情報通信学会第63回機能集積情報システム研究会
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  • [Presentation] 拡張した量子ビットニューロンモデルによるネットワーク2017

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      幸田憲明, 松井伸之
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      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
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  • [Presentation] 「量子ダイナミクス」に従うロボット群による巨視的物体の搬送システム2017

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      伊丹哲郎, 松井伸之
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      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
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  • [Presentation] 人工知能革命~ニューラルネットワークの復活:Deep Learning, そして量子へ~2017

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      松井伸之
    • Organizer
      半導体産業人協会(SSIS)フォーラム
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    • Invited
  • [Presentation] 量子ダイナミクスによる群ロボットの知的タスク処理2017

    • Author(s)
      伊丹哲郎, 松井伸之
    • Organizer
      計測自動制御学会第12回コンピューテェーショナル・インテリジェンス研究会
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  • [Presentation] ブラウン運動と量子ダイナミクス2017

    • Author(s)
      伊丹哲郎, 松井伸之
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
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  • [Presentation] 重み付き量子ビットニューロンモデルによるネットワークの学習評価2016

    • Author(s)
      幸田憲明, 松井伸之
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • Place of Presentation
      ウカルちゃんアリーナ(滋賀県立体育館)(大津市におの浜)
    • Year and Date
      2016-12-06
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  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた臭い識別システム2016

    • Author(s)
      酒井祐輔, 峯本俊文, 礒川悌次郎, 松井伸之
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • Place of Presentation
      ウカルちゃんアリーナ(滋賀県立体育館)(大津市におの浜)
    • Year and Date
      2016-12-06
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  • [Presentation] カオス時系列予測問題における量子ビットニューラルネットワークの性能評価2016

    • Author(s)
      上口大晴, 松井伸之, 礒川悌次郎
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会
    • Place of Presentation
      ウカルちゃんアリーナ(滋賀県立体育館)(大津市におの浜)
    • Year and Date
      2016-12-06
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  • [Presentation] 改良型量子ビットニューロンモデルの提案2016

    • Author(s)
      大平義輝, 幸田憲明, 松井伸之, 西村治彦
    • Organizer
      平成28年電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • Place of Presentation
      神戸大学(神戸市灘区六甲台)
    • Year and Date
      2016-08-31
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  • [Presentation] 量子ビットニューラルネットワークの学習評価2016

    • Author(s)
      笹川真人, 幸田憲明, 松井伸之, 西村治彦
    • Organizer
      平成28年電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • Place of Presentation
      神戸大学(神戸市灘区六甲台)
    • Year and Date
      2016-08-31
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  • [Presentation] 量子描像ニューラルネットワーク2016

    • Author(s)
      松井伸之
    • Organizer
      第13回原子・分子・光科学(AMO)討論会
    • Place of Presentation
      理化学研究所大河内記念ホール(和光市広沢)
    • Year and Date
      2016-06-03
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    • Invited
  • [Book] 量子力学的手法によるシステムと制御2017

    • Author(s)
      伊丹哲郎, 松井伸之, 乾徳夫, 全卓樹
    • Total Pages
      242
    • Publisher
      コロナ社
    • ISBN
      9784339033564
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      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 兵庫県立大学大学院工学研究科電子情報工学専攻 知能数理計算科学研究グループ

    • URL

      http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/group/group48/

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  • [Remarks] 知能数理計算科学研究グループホームページ

    • URL

      http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/group/group48/

    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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