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2019 年度 実績報告書

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
キーワード量子計算 / 学習 / アルゴリズム / 脳型計算 / 超伝導量子ビット
研究実績の概要

申請者らが提案している脳型量子計算アルゴリズムでは、ニューロン間相互作用を量子ビット間相互作用に変換することにより、人工神経回路での計算手法(最適化問題への応用など)を、量子計算に応用することが可能となっている。この際、ニューロン間相互作用を表現するシナプス荷重値行列が、量子ビット間の相互作用を決定するハミルトニアンに変換される。また、量子ビット回路の状態遷移はハミルトニアンの断熱的変化、すなわち、すべての量子状態が基底状態を構成する初期ハミルトニアンから、解くべき問題に対応するハミルトニアンへの準静的変化によって引き起こされる。
本年度は、昨年度に引き続き、量子計算アルゴリズムを自動獲得しうる断熱的量子計算用ハードウェアの構成についてより詳細に検討を行った。超伝導電荷量子ビットネットワークを用いて構成する方法について、超伝導体の物性データ等を加味した数値シミュレーションを行い、これまでに得られている成果の妥当性を再確認した。また、量子連想記憶モデルについて、量子ヘッブ・反ヘッブ学習時に連想能力が飽和する現象を数値シミュレーションによって検証した。その結果、学習時に常にKL情報量が減少することとは限らないこと、その原因が量子ダイナミクスに由来することを確認した。
以上の結果から、脳型量子計算アルゴリズムの有効性と課題を明らかにすると共に、将来の実用化に向けて、ハードウェアの構成方法についても指針を示すことに成功した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

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

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      Technical University of Catalunya
  • [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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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