光の極限性能を生かすAIフォトニクス高次機能の創成

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00233
• 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
• 研究期間 (年度): 2020 – 2023
• キーワード: 意思決定 / 光コンピューティング / 光情報処理

研究実績の概要

情報技術の根底を支えてきたムーアの法則の終焉が認識され、持続可能なコンピューティングパワーと新機能の実現に向け、光を含めた物理過程の積極利用の重要性が高まっている。本研究は、研究代表者らが世界に先駆けて実現してきたナノ光学や光カオスを用いた意思決定等の光情報処理に関する実績を基盤として、今後の人工知能(AI)の時代に必須の高次情報処理を、光の極限性能を生かして実現する革新的AIフォトニクスを目指す。
本年度は、前年度までの成果を踏まえながら、高次機能の創成に注力した。(1)昨年度は光の軌道角運動量を利用した多選択肢の意思決定を報告したが、これらの問題はプレーヤ間の格差がない前提の上での問題であった。そこで本年度では新たにプレーヤ間の格差を考慮しながら、意思決定を行うシステムを考案した(Scientific Reports 2023)。更に新たなシステムとして局在化と線形的広がりを有する量子ウォークによる意思決定を考案し、ランダムウォークを超える意思決定性能を示した(Entropy 2023)。(2)フォトクロミック材料は光によって可逆的に色が変わるというメモリ機能が示されているが、2つのメモリ経路を生成すると近接場出力パターンに負の相関が生じる事がわかった。これはレーザカオス意思決定にも存在する性質であり、新たな意思決定材料として期待される(Communications Materials 2024)。(3)精密時刻同期と光の合成に関しては、近似計算による新たな数値表現を提案し、実験にて実証を行った(IEEE Access 2023)。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため記入しない

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため, 記入しない.

研究成果

• [雑誌論文] Asymmetric quantum decision-making (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Shiratori, H. Shinkawa, A. Röhm, N. Chauvet, E. Segawa, J. Laurent, G. Bachelier, T. Yamagami, R. Horisaki, and M. Naruse
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 14636
  • DOI: 10.1038/s41598-023-41715-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Acceleration of Approximate Matrix Multiplications on GPUs (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Okuyama, A. Röhm, T. Mihana, and M. Naruse
  • 雑誌名: Entropy 巻: 25 ページ: 1130
  • DOI: 10.3390/e25081130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bandit Approach to Conflict-Free Parallel Q-Learning in View of Photonic Implementation (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Shinkawa, N. Chauvet, A. Röhm, T. Mihana, R. Horisaki, G. Bachelier, and M. Naruse
  • 雑誌名: Intelligent Computing 巻: 2 ページ: 0046
  • DOI: 10.34133/icomputing.0046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Demonstration of Approximate Communication Based on Radio-Over- Fiber Systems (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Ishimaru, T. Mihana, M. Koibuchi, T. Kawanishi, and M. Naruse
  • 雑誌名: IEEE Access 巻: 11 ページ: 65590-65598
  • DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3290158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of temporal resolution on the reproduction of chaotic dynamics via reservoir computing (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuchiyama, A. Röhm, T. Mihana, R. Horisaki, and M. Naruse
  • 雑誌名: Chaos 巻: 33 ページ: 063145
  • DOI: 10.1063/5.0143846
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bandit Algorithm Driven by a Classical Random Walk and a Quantum Walk (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Yamagami, E. Segawa, T. Mihana, A. Röhm, R. Horisaki, and M. Naruse
  • 雑誌名: Entropy 巻: 25 ページ: 843
  • DOI: 10.3390/e25060843
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Information-theoretical analysis of statistical measures for multiscale dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: N. Asuke, T. Yamagami, T. Mihana, A. Röhm, R. Horisaki, and M. Naruse
  • 雑誌名: Chaos 巻: 33 ページ: 043138
  • DOI: 10.1063/5.0141099
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Photonics approach to reinforcement learning (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Naruse
  • 学会等名: Information Photonics 2023
• [学会発表] Implementing a Deep Neural Network Using a Single Nonlinear Element and Delayed Feedback (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Roehm, F. Stelzer, T. Niiyama, R. Vicente, I. Fischer, M. Naruse, S. Yanchuk, and S. Sunada
  • 学会等名: Optica Nonlinear Optics Topical Meeting
• [学会発表] Decision Making by Quantum and Near-Field Light (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Naruse, K. Uchiyama, K. Uchida, and H. Hori
  • 学会等名: The 14th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNF014)
• [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 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山上智輝、瀬川悦生、巳鼻孝朋、André Röhm、堀﨑遼一、成瀬誠
  • 学会等名: 第1回数理・データサイエンス研究会
• [学会発表] Radio-over-Fiberを用いたApproximate Computingの実践的研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石丸利識, 巳鼻孝朋, 鯉渕道紘, 川西哲也, 成瀬 誠
  • 学会等名: 電子情報通信学会NOLTAソサイエティ大会
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.inter.ipc.i.u-tokyo.ac.jp/