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情報の流れによる非平衡熱・統計力学

研究課題

研究課題/領域番号 15J07404
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 数理物理・物性基礎(理論)
研究機関東京工業大学

研究代表者

伊藤 創祐  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード非平衡統計力学 / 非平衡熱力学 / Onsager相反定理 / 移動エントロピー / 情報熱力学 / オンサーガー相反関係 / 情報流 / グラフ理論 / 生物物理
研究実績の概要

前年度に得た結果が, 論文の形で複数出版に至った. さらに, 情報流れを用いた非平衡熱・統計力学を構築するための様々な知見を得ることに成功した.
出版した論文の内容は, グラフ理論を基礎とした確率的な熱力学であるSchnakenbergネットワーク理論を用いて, Onsager相反定理の情報流れを含んだ形に拡張を行ったものと, 情報の流れの一種である移動エントロピー(transfer entropy)を時間反転方向で定義した新しい量を導入し, 情報熱力学と情報理論の関係を議論したもの, 等がある. これらの出版内容は, 非平衡熱・統計力学を情報流れを含んだ形に拡張するための指針となりうるものであり, 本研究課題において重要な意味をもつと考えている.
また, 本研究課題に関連した成果として, 複数の解説や書籍の出版も挙げられる. 当該当年度では, 情報の流れを含んだ熱力学やその生体系への応用に関する解説記事が生物物理誌から出版され, また物理学会誌にも同様の解説記事の投稿を行った. さらに書籍についても, 博士論文の書籍化やブックチャプターなどが出版に至った.
新たに開始した研究としては, 前述のSchnakenbergネットワーク理論を用いて, 非平衡相転移における一般的な枠組みについて研究を行い, ASEPなどの具体的な非平衡相転移模型を解析したものと, 生体システムにおける情報熱力学の新たな適用例を構築したものが挙げられる.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件) 図書 (4件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] FOM Institute AMOLF(オランダ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] ネットワーク上の情報熱力学とその生体情報処理への応用2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤創祐、沙川貴大
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007418934

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear irreversible thermodynamics and Onsager reciprocity for information-driven engines2016

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Yamamoto, Sosuke Ito, Naoto Shiraishi, and Takahiro Sagawa
    • 雑誌名

      Phyical Review E

      巻: 94 号: 5 ページ: 052121-052121

    • DOI

      10.1103/physreve.94.052121

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Direct measurement of optical-trap-induced decoherence2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Matsumoto, Kentaro Komori, Sosuke Ito, Yuta Michimura, and Yoichi Aso
    • 雑誌名

      Physics Review A

      巻: 94 号: 3 ページ: 033822-033822

    • DOI

      10.1103/physreva.94.033822

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Backward transfer entropy: Informational measure for detecting hidden Markov models and its interpretations in thermodynamics, gambling and causality2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 36831-36831

    • DOI

      10.1038/srep36831

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 適応センサー中のマクスウェルのデーモン2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤創祐
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 56 ページ: 232-233

    • NAID

      130005165629

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito and Takahiro Sagawa
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 7498-7498

    • DOI

      10.1038/ncomms8498

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 情報熱力学の展開と生体系への応用2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤 創祐
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年 春季大会 若手奨励賞受賞記念講演
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 情報熱力学とギャンブルの情報理論のアナロジー2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤 創祐
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年 春季大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito and Takahiro Sagawa
    • 学会等名
      DutchBiophysics 2016
    • 発表場所
      Veldhoven, Netherlands
    • 年月日
      2016-10-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Backward transfer entropy: Informational measure of non hidden-Markov property2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      Statphys26
    • 発表場所
      Lyon, France
    • 年月日
      2016-06-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Information flow and entropy production on Bayesian networks2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      Data Science Challenges: a Complex Systems Perspective
    • 発表場所
      Torino, Italy
    • 年月日
      2015-10-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シグナル伝達における情報熱力学の理論的進展2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤 創祐
    • 学会等名
      「理論と実験」2015
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2015-10-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      Stochastic Thermodynamics in Biology
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      2015-09-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Information thermodynamics reveals the robustness of biochemical signal transduction2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Hokkaido, Japan
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-08-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      Yukawa International Seminar 2015
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-08-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transfer entropy and backward transfer entropy inequality for non-Markovian dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      New Frontiers in Non-equilibrium Physics 2015
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-07-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Maxwell's demon in biochemical signal transduction with feedback loop: the role of information flow in biological communication2015

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 学会等名
      Conference on Sensing, Information and Decision at Cellular Level
    • 発表場所
      Trieste, Italy
    • 年月日
      2015-06-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Information thermodynamics on causal networks and its application to biochemical signal transduction2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 総ページ数
      133
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] Chapter 3 "Information flow and entropy production on Bayesian networks” in "Mathematical Foundations and Applications of Graph Entropy"2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito and Takahiro Sagawa (Edited by Matthias Dehmer, Frank Emmert-Streib, Zengqiang Chen, Xueliang Li and Yongtang Shi)
    • 総ページ数
      296
    • 出版者
      Wiely-VCH
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] "Mathematical Foundations and Applications of Graph Entropy"2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito and Takahiro Sagawa [M. Dehmer, F. Emmert-Streib, Z. Chen and Y. Shi (Eds.)]
    • 総ページ数
      41
    • 出版者
      Wiley-VCH Verlag, Weinheim
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] Information thermodynamics on causal networks and its application to biochemical signal transduction2016

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Ito
    • 総ページ数
      155
    • 出版者
      Springer Japan
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] Prof. Pieter rein ten Wolde

    • URL

      https://amolf.nl/people/pieter-rein-ten-wolde

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Prof. Tom Shimizu

    • URL

      https://amolf.nl/people/tom-shimizu

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Dr. Keita Kamino

    • URL

      https://amolf.nl/people/keita-kamino

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 注目の論文 (natureasia.com)

    • URL

      http://www.natureasia.com/ja-jp/ncomms/abstracts/66620/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東工大ニュース: 大腸菌に潜む「マクスウェルのデーモン」の働きを解明

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/news/2015/031645.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 東大など、大腸菌に潜む「マクスウェルの悪魔」の働きを解明することに成功

    • URL

      http://news.mynavi.jp/news/2015/06/26/623/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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