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ハードウェア実装を前提とした脳型量子計算アルゴリズムの学習に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K18864
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 電気電子工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 茂雄  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (10282013)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
キーワード量子計算機 / 脳型計算機 / 量子ヘッブ則 / 超伝導量子ビット / 量子計算 / 学習 / アルゴリズム / 脳型計算 / 神経回路 / 超伝導回路
研究成果の概要

量子計算機が持つ量子並列超高速処理と、脳型計算機が持つアルゴリズム自動獲得機能を融合することを目的として、量子ビット間相互作用を学習によって更新しうる学習可能な量子計算機の実現方法について研究を行った。脳型量子計算アルゴリズムをベースに、量子ビット間の状態相関に応じて相互作用を適応的に変化させる学習則を提案し、量子連想記憶に応用しその学習性能を理論解析と数値シミュレーションにより明らかにした。また、ハードウェア実装のために、超伝導電荷量子ビットを用いた構成方法を示し、物理的特性を考慮した数値シミュレーションにより提案手法の有効性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ビッグデータに象徴されるようにICTの発展を背景に、高度情報化がより一層進んでいる現代社会において、莫大な情報を高速に処理しうる量子計算機の必要性が高まっている。量子計算機の開発においてアルゴリズムの整備が喫緊の課題となっており、本研究で提案する学習則は量子計算機にアルゴリズム自動獲得機能を付与するものであり、量子計算機の真の実用化に向けて大きく資するものである。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 13件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Technical University of Catalunya(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Technical University of Catalunya(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Mean-field analysis of directed modular networks2019

    • 著者名/発表者名
      S. Moriya, H. Yamamoto, H. Akima, A. Hirano-Iwata, S. Kubota, S. Sato
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 29 号: 1 ページ: 013142-013142

    • DOI

      10.1063/1.5044689

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum Associative Memory with Quantum Neural Network via Adiabatic Hamiltonian Evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Osakabe, H. Akima, M. Sakuraba, M. Kinjo, S. Sato
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E100.D 号: 11 ページ: 2683-2689

    • DOI

      10.1587/transinf.2017EDP7138

    • NAID

      130006191596

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Computational modeling of cultured neuronal networks and its reservoir computing applications2020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Moriya, Hideaki Yamamoto, Zhixiong Chen, Kei Wakimura, Ayumi Hirano-Iwata, Shigeru Kubota, Shigeo Sato
    • 学会等名
      The 8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analog neuron circuit for edge computing2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Shigeo, Yuki Tamura, Satoshi Moriya, Tatsuki Kato, Hideaki Yamamoto, Masao Sakuraba, Yoshihiko Horio, Jordi Madrenas
    • 学会等名
      The 8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LSI implementation and its evaluation of an Izhikevich neuron model2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tamura, Satoshi Moriya, Tatsuki Kato, Hideaki Yamamoto, Masao Sakuraba, Shigeo Sato, Yoshihiko Horio, Jordi Madrenas
    • 学会等名
      The 8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Analysis of Dynamical Complexity in Cultured Neuronal Network Models for Reservoir Computing Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Moriya, Hideaki Yamamoto, Ayumi Hirano-Iwata, Shigeru Kubota, Shigeo Sato
    • 学会等名
      International Joint Conference on Neural Networks 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Izhikevich Model Neuron MOS Circuit for Low Voltage Operation2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Tamura, Satoshi Moriya, Tatsuki Kato, Masao Sakuraba,Yoshihiko Horio, Shigeo Sato
    • 学会等名
      28th International Conference on Artificial Neural Networks
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A spiking neuron MOS circuit for low-power neuromorphic computation2019

    • 著者名/発表者名
      Sato Shigeo, Yuki Tamura, Satoshi Moriya, Tatsuki Kato, Masao Sakuraba, Yoshihiko Horio, Jordi Madrenas
    • 学会等名
      The 2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-series information processing in cultured neuronal network models2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Moriya, Hideaki Yamamoto, Zhixiong Chen, Kei Wakimura, Ayumi Hirano-Iwata, Shigeru Kubota, Shigeo Sato
    • 学会等名
      The 2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hebbian and anti-Hebbian Learning of Qubit Networks for Quantum Associative Memory2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Osakabe, H. Akima, M. Kinjo, M. Sakuraba, S. Sato
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Quantum Machine Learning 2018 (as a part of Energy Materials and Nanotechnology (EMN) Greece Meeting 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Motion Stereo Vision LSI for Spatial Perception2018

    • 著者名/発表者名
      H. Akima, S. Kurihara, S. Moriya, S. Kawakami, J. Madrenas, M. Yano, K. Nakajima, M. Sakuraba, S. Sato
    • 学会等名
      2018 Int. Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hebbian and anti-Hebbian learning for a qunatum associative memory2018

    • 著者名/発表者名
      S. Sato, Y. Osakabe, H. Akima, M. Sakuraba
    • 学会等名
      The 6th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuro-inspired Quantum Learning Rule Inspired by Boltzmann Machine2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Osakabe, H. Akima, M. Sakuraba, M. Kinjo, S. Sato
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuro-inspired Quantum Associative Memory Using Adiabatic Hamiltonian Evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Osakabe, S. Sato, H. Akima, M. Sakuraba, M. Kinjo
    • 学会等名
      Int. Joint Conf. on Neural Networks
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuro-inspired Quantum Associative Memory Model2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Osakabe, H. Akima, M. Sakuraba, M. Kinjo, S. Sato
    • 学会等名
      The 30th International Symposium on Superconductivity
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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