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Quantum extension of machine learning algorithms and its applications

Research Project

Project/Area Number 18J12175
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Mathematical informatics
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow 宮原 英之  東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords機械学習 / 量子力学 / 統計力学
Outline of Annual Research Achievements

特別研究員の研究は大きく2つに分けられる。1つ目は、量子力学的に拡張された機械学習アルゴリズムの研究であり、2つ目は数理生物・金融工学における揺らぎの定理の研究である。
[1] 本研究では量子計算機上で動く機械学習アルゴリズムを開発するという研究を目指した。特に機械学習でよく利用されるEMアルゴリズムに着目した。まず、EMアルゴリズムのランダム化を行い、そのランダム化されたEMアルゴリズムを量子計算機上で効率よく計算する手法を開発した。この結果はPhys. Rev. Aに採択された。また、本研究はオーストリア・インスブルック大学のWolfgang Lechnerグループとの共同研究である。
[2] 上記の研究と並列し、上記の研究に加え、統計力学と数理生物・金融工学の研究にも着手した。特に、統計力学における揺らぎの定理に着目した。相互作用しながら増殖する細胞集団を考え、揺らぎの定理が成り立つことを示した。この結果はPhys. Rev. Eに採択された。
[1]と[2]の研究は総括すると、物理学と機械学習の融合から始まり、その他の分野へと波及しており、当初の計画を超えて進展があったと言える。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Innsbruck(オーストリア)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quantum expectation-maximization algorithm2020

    • Author(s)
      Hideyuki Miyahara, Kazuyuki Aihara, and Wolfgang Lechner
    • Journal Title

      Phys. Rev. A

      Volume: 101 Pages: 012326-012326

    • DOI

      10.1103/physreva.101.012326

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantum-mechanical extension of variational Bayes inference for unsupervised and supervised learning2020

    • Author(s)
      宮原 英之
    • Journal Title

      Bimonthly Journal of Institute of Industrial Science, University of Tokyo

      Volume: 72 Issue: 2 Pages: 123-127

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.72.123

    • NAID

      130007827127

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Many-body perturbation theory and fluctuation relations for interacting population dynamics2019

    • Author(s)
      Hideyuki Miyahara
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: 99 Pages: 042415-042415

    • DOI

      10.1103/physreve.99.042415

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum extension of variational Bayes inference2018

    • Author(s)
      Miyahara Hideyuki、Sughiyama Yuki
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 98 Pages: 022330-022330

    • DOI

      10.1103/physreva.98.022330

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Work relations with measurement and feedback control on nonuniform temperature systems2018

    • Author(s)
      Hideyuki Miyahara, Kazuyuki Aihara
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 98 Pages: 042138-042138

    • DOI

      10.1103/physreve.98.042138

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Quantum extension of variational Bayes inference2018

    • Author(s)
      Hideyuki Miyahara, Yuki Sugiyama
    • Organizer
      Adiabatic quantum computing
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum extension of variational Bayes inference2018

    • Author(s)
      Hideyuki Miyahara, Yuki Sugiyama
    • Organizer
      QML+
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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