| 研究領域 | 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05796
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
沙川 貴大 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60610805)
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| 研究分担者 |
伊藤 創祐 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00771221)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
116,090千円 (直接経費: 89,300千円、間接経費: 26,790千円)
2023年度: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)
2022年度: 20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円)
2021年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円)
2020年度: 22,880千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 5,280千円)
2019年度: 30,810千円 (直接経費: 23,700千円、間接経費: 7,110千円)
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| キーワード | 情報熱力学 / ゆらぎの熱力学 / 生体情報処理 / 情報幾何 / 最適輸送 / トポロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は、生体情報処理に情報熱力学を応用するのみならず、情報幾何やトポロジーの観点を導入しながら、情報熱力学の理論そのものを拡張することであった。その結果として、主として以下の成果を得た。まず、熱力学不確定性関係を短時間領域で定式化することで、生体情報処理の実データに適用可能なエントロピー生成の推定手法を確立した。また、情報幾何や最適輸送の観点から、確率過程や化学反応系における有限時間の熱力学についての様々な成果を得た。たとえば熱力学不確定性関係とクラメル・ラオ限界の関係を明らかにした。さらに非線形系や確率過程に特有のトポロジカル現象を見出し、その一般理論を構築することに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果の学術的意義は、まず基礎物理の観点から情報熱力学の理論そのものを拡張し、新奇性の高い理論を構築したことである。情報幾何や最適輸送理論といった数理的な概念を取り入れることで、有限時間の熱力学についての新たな理論体系を構築した。さらにトポロジーについては、これまでほとんど研究されていなかった非線形系や確率過程にトポロジーの概念を拡張することに成功した。これらの成果は、生体情報処理におけるエントロピーの計測や、生体情報処理の頑健さの起源を明らかにするための基礎となるものである。また、アウトリーチや教科書の執筆を通して、研究分野の意義と展望について社会に広く発信することもできた。
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