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光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21F21375
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関東京大学

研究代表者

成瀬 誠  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (20323529)

研究分担者 ROEHM ANDRE  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2021-11-18 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2021年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
キーワードリザーバーコンピューティング / 複雑システム / 光リザーバーコンピューティング
研究開始時の研究の概要

光リザーバコンピューティングは、光の物理過程そのものを複雑な相互作用を含んだ計算リソース(リザーバ)と見なし、リザーバと観測系の結合部のみを学習の対象とする計算原理であり、簡易な構成ながら高度な機能を発揮する機械学習として注目されている。本研究は光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明を目的とし、具体的には日本学術振興会特別研究員Roehm博士が世界に先駆けて切り拓いた、複数の光遅延を組み合わせた新たなリザーバの極限性能の解明を目指す。さらに光リザーバコンピューティングの目標機能として従来の時系列予測だけでなくデータの生成機能等へ拡大することを目指す。

研究実績の概要

光リザーバコンピューティングは、光の物理過程そのものを複雑な相互作用を含んだ計算リソース(リザーバ)と見なし、リザーバと観測系の結合部のみを学習の対象とする計算原理であり、簡易な構成でありながら高度な機能を発揮する機械学習手法として近年注目されている。特に、光の高速性を生かした時系列予測などの応用で顕著な効果が示されている。しかし、従来研究におけるリザーバは、単一の光ファイバーを用いた単純な光遅延に基づいている。本来、光を用いたリザーバにはより一般的で普遍性の高い構造を想定できる。本研究は光リザーバコンピューティングに基づく機械学習の計算能力の解明を目的とし、具体的に
は、当該特別研究員Roehm博士が世界に先駆けて切り拓いた、複数の光遅延を組み合わせた新たなリザーバの極限性能の解明を目指す。さらに、光リザーバコンピューティングの目標機能として従来の時系列予測だけでなくデータの生成機能等へ拡大することを目指す。
研究2年度目である当該年度は、初年度の整備した研究環境を用いてリザーバコンピューティングの性能評価を進捗させた。特に、リザーバコンピューティングにおける信号のサンプリング頻度と、時系列の自律的再生能力を詳細に分析し、リザーバコンピューティングが適性に動作するためのサンプリング頻度が存在することを示した。これはデータ生成に向け基礎となる結果でもある。当該研究は国際会議JKCCS2023においてBest Paper Awardを受賞した。また、リザーバコンピューティングに限らず、光を用いたコンピューティングに関する協働研究に積極的に関与し、複数の原著論文の出版に貢献した。

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)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Optimal Preference Satisfaction for Conflict-Free Joint Decisions2023

    • 著者名/発表者名
      Shinkawa Hiroaki、Chauvet Nicolas、Bachelier Guillaume、Roehm Andre、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Complexity

      巻: 2023 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1155/2023/2794839

    • 関連する報告書
      2022 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] Skeleton structure inherent in discrete-time quantum walks2023

    • 著者名/発表者名
      Yamagami Tomoki、Segawa Etsuo、Tanaka Ken'ichiro、Mihana Takatomo、R?hm Andr?、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 107 号: 1 ページ: 012222-012222

    • DOI

      10.1103/physreva.107.012222

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of temporal structure of laser chaos by Allan variance2023

    • 著者名/発表者名
      Asuke Naoki、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Kanno Kazutaka、Uchida Atsushi、Niiyama Tomoaki、Sunada Satoshi、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 107 号: 1 ページ: 014211-014211

    • DOI

      10.1103/physreve.107.014211

    • 関連する報告書
      2022 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] Pairing Optimization via Statistics: Algebraic Structure in Pairing Problems and Its Application to Performance Enhancement2023

    • 著者名/発表者名
      Fujita Naoki、Roehm Andre、Mihana Takatomo、Horisaki Ryoichi、Li Aohan、Hasegawa Mikio、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 25 号: 1 ページ: 146-146

    • DOI

      10.3390/e25010146

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conflict-Free Joint Sampling for Preference Satisfaction through Quantum Interference2022

    • 著者名/発表者名
      Shinkawa Hiroaki、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Mihana Takatomo、Horisaki Ryoichi、Bachelier Guillaume、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 18 号: 6 ページ: 064018-064018

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.18.064018

    • 関連する報告書
      2022 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] Directivity of Quantum Walk via Its Random Walk Replica2022

    • 著者名/発表者名
      Yamagami Tomoki、Segawa Etsuo、Chauvet Nicolas、Roehm Andre、Horisaki Ryoichi、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Complexity

      巻: 2022 号: 1 ページ: 9021583-9021583

    • DOI

      10.1155/2022/9021583

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient Pairing in Unknown Environments: Minimal Observations and TSP-Based Optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Naoki、Chauvet Nicolas、Rohm Andre、Horisaki Ryoichi、Li Aohan、Hasegawa Mikio、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 10 ページ: 57630-57640

    • DOI

      10.1109/access.2022.3179113

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient Pairing in Unknown Environments: Minimal Observations and TSP-based Optimization2022

    • 著者名/発表者名
      N. Fujita, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • 雑誌名

      arXiv:2203.12214

      巻: 未定

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Compressive propagation with coherence2022

    • 著者名/発表者名
      Horisaki Ryoichi、Aoki Takuro、Nishizaki Yohei、Rohm Andre、Chauvet Nicolas、Tanida Jun、Naruse Makoto
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 47 号: 3 ページ: 613-616

    • DOI

      10.1364/ol.444772

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Model-free inference of unseen attractors: Reconstructing phase space features from a single noisy trajectory using reservoir computing2021

    • 著者名/発表者名
      A. Roehm, D. J. Gauthier, and I. Fischer
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 31 号: 10 ページ: 103127-103127

    • DOI

      10.1063/5.0065813

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Skeleton structure inherent in quantum walks2022

    • 著者名/発表者名
      T. Yamagami, E. Segawa, K. Tanaka, T. Mihana A. Roehm, R. Horisaki, and M. Naruse
    • 学会等名
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymmetric collective decision making through quantum interference2022

    • 著者名/発表者名
      H. Shiratori, H. Shinkawa, A. Roehm, N. Chauvet, G. Bachelier, J. Laurent, T. Mihana, R. Horisaki, and M. Naruse
    • 学会等名
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An efficient observation algorithm that achieves the minimum number of measurements for pairing optimization2022

    • 著者名/発表者名
      N. Fujita, A. Roehm, T. Mihana, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • 学会等名
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mathematical modeling of bending phenomena in photochromic single crystals by catastrophe theory2022

    • 著者名/発表者名
      H. Suzui, K. Uchiyama, K. Uchida, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, H. Hori, and M. Naruse
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 離散時間1次元量子ウォークの骨格構造について2022

    • 著者名/発表者名
      山上智輝、瀬川悦生、 田中健一郎、 巳鼻孝朋、 Roehm Andre、 堀﨑遼一、 成瀬 誠
    • 学会等名
      2022年度応用数学合同研究集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 瞬時情報処理担体としてのレーザネットワークとそのコンピューティング応用2022

    • 著者名/発表者名
      巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、菅野円隆、内田淳史、成瀬 誠
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2022(OPJ2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] リザバーコンピューティングによるカオス時系列の自律的再生におけるサンプリング頻度の影響2022

    • 著者名/発表者名
      土山晃平、レーム アンドレ、巳鼻孝朋、堀崎遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 量子干渉による非対等な集団的意思決定2022

    • 著者名/発表者名
      白鳥帆香、新川浩彬、A. Roehm、N. Chauvet、G. Bachelier、J. Laurent、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 選好性充足を行う選択競合のない量子干渉サンプリング2022

    • 著者名/発表者名
      新川浩彬、白鳥帆香、ショヴェ ニコラ、バシェリエ ギヨム、レーム アンドレ、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] レーザネットワークのゼロ遅延同期を用いた協調的意思決定メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      神徳 駿、巳鼻孝朋、Roehm Andre、堀﨑遼一、菅野円隆、内田淳史、成瀬 誠
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 順序エントロピーによるレーザーカオス時系列の分析2022

    • 著者名/発表者名
      足助尚樹、巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Folded-in-time deep neural networks: Emulating deep neural networks via delay dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      A. Roehm, F. Stelzer, R. Vicente, I. Fischer, S. Yanchuk, S. Sunada, T. Niiyama, R. Horisaki, and M. Naruse
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 量子ウォークにより駆動されるランダムウォークの推移確率の骨格構造2022

    • 著者名/発表者名
      山上智輝、瀬川悦生、田中健一郎、巳鼻孝朋、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 選択競合のない集団的意思決定における最適な選好性充足手法2022

    • 著者名/発表者名
      新川浩彬、ショヴェ ニコラ、バシェリエ ギヨム、レーム アンドレ、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 非直交多元接続に対するペアリング最適化アルゴリズムの適用2022

    • 著者名/発表者名
      藤田尚輝、アンドレ レーム、巳鼻孝朋、堀﨑遼一、李 傲寒、長谷川幹雄、成瀬 誠
    • 学会等名
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会(CCS/NLP)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] カタストロフィー理論を用いたフォトクロミック単結晶の屈曲現象の数理モデル化2022

    • 著者名/発表者名
      鈴井洸胤、内山和治、内田欣吾、ニコラ ショヴェ、アンドレ レーム、堀﨑遼一、堀 裕和、成瀬 誠
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] アラン分散による低周波不規則振動の時間構造の分析2022

    • 著者名/発表者名
      足助尚樹、ショヴェ 二コラ、レーム アンドレ、菅野円隆、内田淳史、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 量子干渉を用いた協調的意思決定とマルチエージェント強化学習への応用2022

    • 著者名/発表者名
      新川浩彬、Chauvet Nicolas、Bachelier Guillaume、Huant Serge、Roehm Andre、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 巡回セールスマン問題としてのペアリング最適化と高効率アルゴリズム2022

    • 著者名/発表者名
      藤田尚輝、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、李 傲寒、長谷川幹雄、成瀬 誠
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] GPUを活用した近似計算による行列積の高速化2022

    • 著者名/発表者名
      奥山拓哉、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 量子ウォークを用いたバンディットアルゴリズム2022

    • 著者名/発表者名
      山上智輝、瀬川悦生、Nicolas Chauvet、Andre Roehm、堀﨑遼一、成瀬 誠
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Generation of one-dimensional random walks driven by quantum walks2021

    • 著者名/発表者名
      T. Yamagami, E. Segawa, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, and M. Naruse
    • 学会等名
      International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Proposal of efficient algorithms for large scale pairing2021

    • 著者名/発表者名
      N. Fujita, N. Chauvet, A. Roehm, R. Horisaki, A. Li, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • 学会等名
      International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.inter.ipc.i.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-02-08   更新日: 2024-03-26  

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