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ランダム行列の深い研究と量子情報理論への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H04823
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 解析学基礎
研究機関京都大学

研究代表者

COLLINS Benoit  京都大学, 理学研究科, 教授 (20721418)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2018年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワードFree probability / Random Matrices / free probability / operator norm / ランダム行列理論 / ランダム行列論 / 自由確率論 / 量子情報 / Random Matrix / Quantum Information / ランダム行列 / random matrix theory
研究成果の概要

Bordenaveとともにoperator valued non-backtracking理論を深め、ランダム置換が強漸近的自由性を持つことを示して、それをもとに20年来の重要な未解決問題Alon予想解決した。同じくBordenaveとともにユニタリランダム行列のテンソルに対して強漸近的自由性を証明した。Guionnet, Parraudとの共同研究でHaagerupとThorbjornsenの独創的な論文の結果について, 新しい定量的な証明を与えた。それをもとにParraudとの共同研究で量子情報理論への応用としてMOEの加法性の破れが実現する次元の限界を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子物理に強い動機を持つランダム行列理論は理論的な興味だけでなく多くの科学で応用がなされている。量子物理だけでなく、リーマン予想や代数幾何のような数学の基礎を成すような分野から数理ファイナンスや情報科学、量子計算、学習理論などの応用分野まで幅広い分野にその応用を持っている。実際本研究課題でも量子コンピュータの開発などで注目されている量子情報理論で重要なMOEの加法性の破れを定量的に考察することに成功した。最近では深層学習をはじめとする機械学習分野でもランダム行列の活用が始まっており、本研究に関わる結果は今後の社会の基礎数理としての期待があると考えている。

報告書

(5件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (54件)

すべて 2023 2022 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 15件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 8件、 招待講演 31件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Aix-Marseille University CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Asymptotic freeness of layerwise Jacobians caused by invariance of multilayer perceptron: the Haar orthogonal case2023

    • 著者名/発表者名
      Collins, Beno\^{i}t and Hayase, Tomohiro
    • 雑誌名

      Communications in Mathematical Physics

      巻: 397 号: 1 ページ: 85-109

    • DOI

      10.1007/s00220-022-04441-7

    • 関連する報告書
      2020 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] The spectrum of local random Hamiltonians2023

    • 著者名/発表者名
      Collins, B. and Yin, Z. and Zhao, L. and Zhong, P.
    • 雑誌名

      Journal of Physics. A. Mathematical and Theoretical

      巻: 56 号: 3 ページ: 035201-28

    • DOI

      10.1088/1751-8121/acb4c8

    • 関連する報告書
      2020 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] A metric characterization of freeness2022

    • 著者名/発表者名
      Cadilhac, L. and Collins, B.
    • 雑誌名

      Journal of Functional Analysis

      巻: 283 号: 5 ページ: 109562-14

    • DOI

      10.1016/j.jfa.2022.109562

    • 関連する報告書
      2020 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] The Weingarten Calculus2022

    • 著者名/発表者名
      B. Collins Benoit, S. Matsumoto Sho, J. Novak
    • 雑誌名

      Notices of the American Mathematical Society

      巻: 69 号: 05 ページ: 734-745

    • DOI

      10.1090/noti2474

    • 関連する報告書
      2020 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] On the operator norm of non-commutative polynomials in deterministic matrices and iid GUE matrices2022

    • 著者名/発表者名
      Collins, Benoit and Guionnet, Alice and Parraud, Felix
    • 雑誌名

      Cambridge Journal of Mathematics

      巻: 10

    • 関連する報告書
      2020 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] On spectral distribution of sample covariance matrices from large dimensional and large k-fold tensor products2022

    • 著者名/発表者名
      Collins, Benoit and Yao, Jianfeng and Yuan, Wangjun
    • 雑誌名

      Electronic Journal of Probability

      巻: 27 号: none ページ: 102-18

    • DOI

      10.1214/22-ejp825

    • 関連する報告書
      2020 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] Additivity violation of the regularized minimum output entropy2022

    • 著者名/発表者名
      Collins, Benoit and Youn, Sang-Gyun
    • 雑誌名

      Documenta Mathematica

      巻: 27 ページ: 1299-1320

    • DOI

      10.4171/dm/898

    • 関連する報告書
      2020 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] Concentration estimates for random subspaces of a tensor product and application to quantum information theory2022

    • 著者名/発表者名
      Collins, Benoit and Parraud, Felix
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Physics

      巻: 63 号: 10 ページ: 102202-13

    • DOI

      10.1063/5.0073837

    • 関連する報告書
      2020 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] Entanglement and the Temperley-Lieb category2020

    • 著者名/発表者名
      Brannan Michael、Collins Benoit
    • 雑誌名

      Contemp. Math.

      巻: 747 ページ: 27-50

    • DOI

      10.1090/conm/747/15037

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Eigenvalues of random lifts and polynomials of random permutation matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Bordenave、Collins
    • 雑誌名

      Annals of Mathematics

      巻: 190 号: 3 ページ: 811-875

    • DOI

      10.4007/annals.2019.190.3.3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The PPT square conjecture holds generically for some classes of independent states2018

    • 著者名/発表者名
      Collins Benoit、Yin Zhi、Zhong Ping
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 51 号: 42 ページ: 425301-425301

    • DOI

      10.1088/1751-8121/aadd52

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] On a family of linear maps fromMn(C)toMn2(C)2018

    • 著者名/発表者名
      Collins Benoit、Osaka Hiroyuki、Sapra Gunjan
    • 雑誌名

      Linear Algebra and its Applications

      巻: 555 ページ: 398-411

    • DOI

      10.1016/j.laa.2018.06.011

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Free probability for purely discrete eigenvalues of random matrices2018

    • 著者名/発表者名
      COLLINS Benoit、HASEBE Takahiro、SAKUMA Noriyoshi
    • 雑誌名

      Journal of the Mathematical Society of Japan

      巻: 70 号: 3 ページ: 1111-1150

    • DOI

      10.2969/jmsj/77147714

    • NAID

      130007420328

    • ISSN
      0025-5645, 1881-1167, 1881-2333
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Semiclassical asymptotics of $$\mathbf {GL}_N({\mathbb {C}})$$GLN(C) tensor products and quantum random matrices2018

    • 著者名/発表者名
      Collins Benoit、Novak Jonathan、Sniady Piotr
    • 雑誌名

      Selecta Mathematica

      巻: 24 号: 3 ページ: 2571-2623

    • DOI

      10.1007/s00029-017-0387-6

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dual bases in Temperley-Lieb algebras, quantum groups, and a question of Jones2018

    • 著者名/発表者名
      Brannan Michael、Collins Benoit
    • 雑誌名

      Quantum Topology

      巻: 9 号: 4 ページ: 715-748

    • DOI

      10.4171/qt/118

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Random and Free Positive Maps with Applications to Entanglement Detection2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins、Patrick Hayden、Ion Nechita
    • 雑誌名

      International Mathematics Research Notices

      巻: 3 ページ: 869-894

    • DOI

      10.1093/imrn/rnw054

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Convex set of quantum states with positive partial transpose analysed by hit and run algorithm2017

    • 著者名/発表者名
      Szymanski Konrad、Collins Benoit、Szarek Tomasz、Zyczkowski Karol
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 50 号: 25 ページ: 255206-255206

    • DOI

      10.1088/1751-8121/aa70f5

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Weingarten calculus via orthogonality relations: new applications2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins Sho Matsumoto
    • 雑誌名

      ALEA. Latin American Journal of Probability and Mathematical Statistics

      巻: 14 ページ: 631-656

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] The spectral edge of unitary Brownian motion2017

    • 著者名/発表者名
      Collins Benoit, Dahlqvist Antoine, Kemp Todd
    • 雑誌名

      Probability Theory and Related Fields

      巻: 170 号: 1-2 ページ: 49-93

    • DOI

      10.1007/s00440-016-0753-x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Entangled, Non-random Subspaces of Tensor Products from Quantum Groups2017

    • 著者名/発表者名
      Brannan Michael, Collins Benoit
    • 雑誌名

      Communications in Mathematical Physics

      巻: 358 号: 3 ページ: 1007-1025

    • DOI

      10.1007/s00220-017-3023-6

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] New results around the norm of random matrices and operator-valued non-backtracking theory2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Geneva MP seminar
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] convergence of the spectrum of random matrices in the context of rational fractions2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      UCSD seminar
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Matrix integrals in a tensor setup2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Bielefeld - Melbourne Zufallsmatrizen
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Properties of random tensor matrices with some applications to Quantum Informa- tion Theory2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Functional Analysis Seminar - Institute for Advanced Study in Mathematics of HIT
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Matrix models for cyclic monotone and monotone independences2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      SIMA 2022 - CIMAT
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Centered Weingarten calculus and centered Wick calculus2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Fields Workshop on Noncommutative Geometry, Free Probability Theory and Random Matrix Theory
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Northwestern Nemmers conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Weingarten calculus for tensors2022

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Tensors and applications
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Strong asymptotic freeness for random tensors of unitaries2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Probability seminar - Princeton
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong asymptotic freeness for random tensors of unitaries2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Probability and Mathematical Physics Seminar - NYU
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Regularized minimum output entropy and generalized Haagerup inequalities2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Colloquium - Kaohsiung
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Norm estimates for polynomials in random permutations2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Probability seminar - Academia Sinica - Taipei
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Colloquium - Melbourne
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations and random tensors2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Japanese-German Open Conference on Stochastic Analysis - Fukuoka
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations and random tensors2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      WPI 2019 - Hong Kong. (8) June 2019 - Fields
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Equivariance and application to entanglement detection2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Interactions between Noncommutative Analysis and Quantum Information Theory - Harbin
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong Asymptotic Freeness for Random Permutations and Random Tensors2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      NYUS - Shanghai colloquium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Non commutative probability and the Connes embedding problem2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      University of Oslo
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The PPT2 square conjecture holds generically2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Chula University Bangkok
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] strong freeness for random tensors2019

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      UC Berkeley
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      HKUST (Hong Kong)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      UCLA (IPAM)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Random permutations and quantum information theory2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Oberwolfach
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Ottawa
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The PPT2 square conjecture holds generically2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Nagoya
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Random permutations and quantum information theory2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Okinawa (OIST)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2018

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Paris 6, France
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction to Weingarten calculus2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      CIMPA spring school, Settat, Morocco
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Free probability for purely discrete eigenvalues of random matrices2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Park City, PCMI, USA
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MOE estimates for quantum channels arising from random isometries and free probability2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      IHP, Paris, France
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Strong convergence for random permutations2017

    • 著者名/発表者名
      Benoit Collins
    • 学会等名
      Orsay, Paris, France
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Collins' website

    • URL

      https://www.math.kyoto-u.ac.jp/~collins/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Benoit Collins' website

    • URL

      https://www.math.kyoto-u.ac.jp/~collins/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2024-01-30  

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