量子アニーリングのデータ解析への多面的な展開

• 研究課題/領域番号: 17K14357
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 橋爪 洋一郎 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 講師 (50711610)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 量子アニーリング / データ解析 / 材料・デバイス応用 / 熱場ダイナミクス / 状態変化の評価 / 主成分分析 / 判断分析 / エントロピー / 時間短縮 / アルゴリズム / ビッグデータ

研究成果の概要

量子アニーリングは効率的に最適化問題を解決できる量子計算法として知られている．本研究では最適化問題に制限されることなく，一般のデータ解析に使用することを目指した．１つは熱電材料の性質を示す重要な関数であるスペクトル伝導率が，量子アニーリングを利用して観測可能な電気伝導率とゼーベック係数から推定できることがわかった．もう１つはセンサーネットワークへの応用である．建築物などに設置されたいくつものセンサーから重要な部分を抽出するためには，深層学習を補足的に使用してこの抽出を行うことができる．さらに，量子アニーリングをデータ分析に広く適用するためにエントロピーを基準にする効率的な時間発展が提案できた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界中のいたるところをセンサーが結ぶIoT（Internet of Things）社会が実現した際には，集積された莫大なデータを解析することが必要になる．大規模なデータを適切に処理し，有益な情報を手に入れるためには，データ処理にむけた技術が必要とされる．本研究ではこの要求に応えることを目指して，情報統計力学の生んだ強力な手法である量子アニーリングをより一般的かつ多面的に大規模データの解析へと活用できる，新しい例を示すことができた．具体的な材料やデバイスへの応用可能性が示され，今後の様々な応用につながるといえる．

研究成果

• [雑誌論文] Extended quantum distance on thermo-field dynamics and its applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashizume Yoichiro、Suzuki Masuo、Nakajima Takashi、Okamura Soichiro
  • 雑誌名: Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 巻: 522 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.physa.2019.01.135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Machine Learning Classification Methods using Data of 3-axis Acceleration Sensors equipped with Wireless Communication Means for Locating Wooden House Structural Damage (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanida Ryota、Ma Jing、Nakajima Takashi、Hasegawa Mikio、Yamamoto Takahiro、Ito Takumi、Kawahara Takayuki、Yamamoto Atsushi、Takahashi Noriaki、Sakiyama Natsuhiko、Kishi Sakuya、Kishimoto Takayuki、Hasegawa So、Mori Kenjiro、Hashizume Yoichiro
  • 雑誌名: IEEE 15th of the annual Asia Pacific Conference on Circuits and Systems 巻: 2019 ページ: 337-340
  • DOI: 10.1109/apccas47518.2019.8953162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expectation parameter representation of information length for non-equilibrium systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H.、Hashizume Y.
  • 雑誌名: Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 巻: 517 ページ: 400-408
  • DOI: 10.1016/j.physa.2018.11.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of energy storage properties of antiferroelectric (Pb,Y)(Sn,Zr)O3 thin film capacitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Shigeki、Hashizume Yoichiro、Nakajima Takashi、Okamura Soichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 号: 11S ページ: 11UF08-11UF08
  • DOI: 10.7567/jjap.57.11uf08
  • NAID: 210000149817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization Induced Resistance Switching Phenomenon in Metal Au / Ferroelectric VDF-TrFE / Semiconductor Si Junction (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Enomoto, Yoichiro Hashizume, Takashi Nakajima, Soichiro Okamura
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 56 号: 10S ページ: 10PF13-10PF13
  • DOI: 10.7567/jjap.56.10pf13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic analysis of a cooling system using electrocaloric effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Honmi, Yoichiro Hashizume, Takashi Nakajima, Soichiro Okamura
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 56 号: 10S ページ: 10PC09-10PC09
  • DOI: 10.7567/jjap.56.10pc09
  • NAID: 210000148368
  • 査読あり
• [学会発表] 熱力学的状態変化における状態変化量のフラストレーション依存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，岡村総一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Thermodynamic properties and entropy production on Cantor lattice Ising model (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoichiro Hashizume, Takanori Sugimoto
  • 学会等名: 2nd Hypermaterials meeting (24th Quasicrystals meeting)
• [学会発表] Entropy-based time development of Hamiltonian to perform adiabatic quantum computing (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoichiro Hashizume, Yuto Yamazaki, Takashi Nakajima, Soichiro Okamura
  • 学会等名: AQC 2019- Adiabatic Quantum Computing Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Deep learning method to solve an inverse problem clarifying the properties of thermoelectric materials from observables (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Kuriki, Takashi Nakajima, Yoichiro Hashizume, and Soichiro Okamura
  • 学会等名: Deep Learning and Physics 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Data analysis to detect continuous deformations of architecture using machine learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoichiro Hashizume, Sakuya Kishi, Takashi Nakajima, Soichiro Okamura, Kenjiro Mori, Takumi Ito
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Steel Structures
  • 国際学会
• [学会発表] フラストレート系の時間発展における熱場ダイナミクスと距離 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，鈴木秀則，鈴木増雄，岡村総一郎
  • 学会等名: 熱場の量子論とその応用2019
• [学会発表] Long-term measurement of sheet conductance of CNT ink on papers (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanami Yamazaki, Yoichiro Hashizume, Takahiro Yamamoto
  • 学会等名: 第57回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Machine Learning Classification Methods Using Data of 3-Axis Acceleration Sensors Equipped with Wireless Communication Means for Locating Wooden House Structural Damage (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryota Tanida, Atsushi Yamamoto, Noriaki Takahashi, Natsuhiko Sakiyama, Sakuya Kishi, Takayuki Kishimoto, So Hasegawa, Kenjiro Mori, Yoichiro Hashizume, Jing Ma, Takashi Nakajima, Mikio Hasegawa, Takahiro Yamamoto, Takumi Ito, Takayuki Kawahara
  • 学会等名: IEEE 15th of the annual Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 熱場ダイナミクスによる量子力学と統計力学の関連性の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎
  • 学会等名: 学術研究ネットセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 熱場ダイナミクスを用いて表された熱力学的状態距離の散逸過程への適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎, 鈴木増雄, 中嶋宇史, 岡村総一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] ニューラルネット型の分類器を用いた木造壁の損傷位置検出の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，岸朔矢，中嶋宇史，岡村総一郎，山本貴博，河原尊之，崔彰訓，伊藤拓海長谷川幹雄，
  • 学会等名: 複雑コミュニケーションサイエンス研究会
• [学会発表] Matrix Product Representation of Wave Function in Quantum Adiabatic Process and its Time Evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoichiro Hashizume
  • 学会等名: Adiabatic Quantum Computing conference (AQC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Adiabatic quantum computation to obtain singular vectors (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Tamura, Yoichiro Hashizume, Shu Tanaka
  • 学会等名: Adiabatic Quantum Computing conference (AQC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 熱場ダイナミクスを用いた熱力学的距離の導入と非散逸カレントの寄与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，鈴木増雄，中嶋宇史，岡村総一郎
  • 学会等名: 熱場の量子論とその応用（TQFT 2018）
• [学会発表] 量子アニーリングにおける波動関数の行列積表示 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山崎勇人, 橋爪洋一郎, 中嶋宇史, 岡村総一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 熱力学的距離を用いた緩和過程での状態追跡 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋爪 洋一郎，中嶋宇史，岡村総一郎
  • 学会等名: 非平衡系の物理学－階層性と普遍性－
• [学会発表] Analytical approach to thermoelectric properties of carbon nanotube thin film using a random graph theory and machine learning (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hashizume, M. Tsukuda, T. Yamamoto, T. Nakajima, S. Okamura
  • 学会等名: International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics 2018 (ICOT2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 圧電素子を用いた建物の損傷検出における機械学習の活用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岸朔矢, 岸映裕, 橋爪洋一郎, 中嶋 宇史, 山本貴博, 河原尊之, 長谷川幹雄, 伊藤拓海, 崔彰訓, 岡村総一郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] ベイズの定理を用いた双対なくりこみ変換 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎、中嶋宇史、岡村総一郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
• [学会発表] 多安定系で見られる多段階の確率共鳴についての研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀眞弘、橋爪洋一郎、中嶋宇史、岡村総一郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
• [学会発表] A construction method of initial Hamiltonian for singular value decomposition by quantum annealing (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoichiro Hashizume, Ryo Tamura, Shu Tanaka
  • 学会等名: Adiabatic Quantum Computing Conference (AQC) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 量子断熱過程における波動関数の行列積表示とその時間発展 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，山崎勇人，中嶋宇史，岡村総一郎
  • 学会等名: 弱値・弱測定、エンタングルメント、量子コヒーレンスの新地平（QMNH2018）
• [学会発表] 準静的熱力学過程における熱場ダイナミクスの特徴量 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎、中嶋宇史、岡村総一郎、 鈴木増雄
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 機械学習を活用した圧電センシングシステムによる建物の状態検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岸朔矢、橋爪洋一郎、中嶋 宇史、山本貴博、河原尊之、長谷川幹雄、伊藤拓海、崔彰訓、岡村総一郎
  • 学会等名: 第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] PLZTを用いたチューナブル2次元フォトニック結晶におけるスローライトに関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神戸智樹、中嶋宇史、橋爪洋一郎、岡村総一郎
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次大会
• [学会発表] カレントのある系の状態変化に対する熱場ダイナミクスを用いた解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，鈴木増雄，中嶋宇史，岡村総一郎
  • 学会等名: 非平衡物理の最前線－素粒子・宇宙から物性まで－
• [図書] マテリアルズインフォマティクスによる材料開発と活用集 第七節「シミュレーテッド・アニーリング法による熱電材料の物性予測」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋爪洋一郎，山本貴博
  • 総ページ数: 463
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047329