将来の計算機構としての可逆計算システムの効率化と体系化

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K00019
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 森田 憲一 広島大学, 工学研究科, 名誉教授 (00093469)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 可逆計算機構 / 可逆セルオートマトン / 可逆チューリング機械 / 計算万能性 / 可逆論理素子

研究実績の概要

可逆コンピューティングは、将来、物理的な可逆性を直接に利用した高集積度の計算機を構成しようとしたときに鍵となる計算パラダイムであり、量子コンピューティングとも関係している。平成29年度は、特に可逆セルオートマトンの枠組みを用いて、単純な遷移規則から可逆計算システムがどのように構成できるかを研究し、以下の成果を得た。また、可逆コンピューティング理論の体系化と、これまでの成果の集大成を行った。
１．非常に単純な２次元可逆セルオートマトンの計算能力の解明：　前年に引き続き、可逆的な初等的三角形状分割セルオートマトン(可逆ETPCA)の諸性質と計算能力を研究した。可逆ETPCAは極度に単純な並列システムであるので、どのような可逆的法則から計算万能性が発現するかを研究するのに適している。今年度は、36種類ある可逆ETPCAの内で最も興味深い振舞いを示す、識別番号0347の可逆ETPCAの複雑な挙動を分析・解明すると共に、それを利用して可逆Turing機械を階層的かつ簡潔にセル空間中に実現する方法を示した。
２．1次元可逆セルオートマトンの計算能力の解明：　この課題を研究するために、形式言語を受理する2種類の1次元可逆セルオートマトンのモデルを提案し、その能力を調べた。その結果、これらのモデルが、可逆性制約のない各モデルと等能力である、つまり可逆性制約によって言語受理能力が低下しないことを明らかにした。また、1次元セルオートマトンで可逆論理ゲートを実現する方法についても研究した。
３．可逆コンピューティング理論の体系化：　過去約30年間に亘って研究代表者が続けてきた研究の成果をとりまとめて体系化し、詳述した英文単行本を出版した。

研究成果

• [雑誌論文] Language recognition by reversible partitioned cellular automata and iterative arrays (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 雑誌名: Journal of Cellular Automata 巻: 13 ページ: 183～213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conservative computing in a one-dimensional cellular automaton with memory (2018)
  • 著者名/発表者名: G.J. Martinez, K. Morita
  • 雑誌名: Journal of Cellular Automata 巻: 13 ページ: 325～346
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A universal non-conservative reversible elementary triangular partitioned cellular automaton that shows complex behavior (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 雑誌名: Natural Computing 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s11047-017-9655-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elementary triangular partitioned cellular automata (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 雑誌名: 数理解析研究所講究録 巻: 2040 ページ: 10～20
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Finding a pathway from reversible microscopic laws to reversible computers (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 雑誌名: Int. Journal of Unconventional Computing 巻: 13 ページ: 203～213
  • 査読あり
• [雑誌論文] East-West paths to unconventional computing (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Adamatzky, S. Akl, M. Burgin, C.S. Calude, J.F. Costa, M.M. Dehshibi, Y.P. Gunji, Z. Konkoli, B. MacLennan, B. Marchal, M. Margenstern, G.J. Martinez, R. Mayne, K. Morita, A. Schumann, Y.D. Sergeyev, G.Ch. Sirakoulis, S. Stepney, K. Svozil, H. Zenil
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology 巻: 131 ページ: 469～493
  • DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2017.08.004
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Constructing a computer out of billiard balls (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 学会等名: 11th Int. Workshop on Natural Computing, Popular Lectures for Students and General Audience, Akita
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A simple reversible cellular automaton that shows complex behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 学会等名: 11th Int. Workshop on Natural Computing, Akita
  • 国際学会
• [学会発表] Collision-based computing in elementary cellular automata with memory (2017)
  • 著者名/発表者名: G.J. Martinez, A. Adamatztky, K. Morita
  • 学会等名: 11th Int. Workshop on Natural Computing, Akita
  • 国際学会
• [学会発表] Making reversible Turing machines in a reversible elementary triangular partitioned cellular automaton (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 学会等名: 23rd Int. Workshop on Cellular Automata and Discrete Complex Systems, Milan
  • 国際学会
• [学会発表] Making reversible Turing machines in a reversible elementary triangular partitioned cellular automaton (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 学会等名: 2017年度夏のLAシンポジウム, 天童市
• [学会発表] Simple reversible triangular cellular automata (video lecture) (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 学会等名: Conference of Celebration of Late Prof. H.V. McIntosh Achievements, Puebla, Mexico
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Reversibility and Universality (ed. A. Adamatzky) (分担部分: G.J. Martinez, A. Adamatztky, K. Morita, Logical gates via gliders collisions, pp.199-220) (2018)
  • 著者名/発表者名: G.J. Martinez, A. Adamatztky, K. Morita
  • 総ページ数: 484
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-3-319-73251-2
• [図書] Theory of Reversible COmputing (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Morita
  • 総ページ数: 457
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 987-4-431-56604-5
• [備考] 広島大学学術情報リポジトリ
  • URL: http://ir.lib.hiroshima-u.ac.jp/00044512