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

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21F21375
• 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
• 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

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。

研究成果

• [雑誌論文] Optimal Preference Satisfaction for Conflict-Free Joint Decisions (2023)
  • 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: 2794839-2794839
  • DOI: 10.1155/2023/2794839
  • 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 walks (2023)
  • 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 ページ: 012222-012222
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.107.012222
  • 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 variance (2023)
  • 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 ページ: 014211-014211
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.107.014211
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pairing Optimization via Statistics: Algebraic Structure in Pairing Problems and Its Application to Performance Enhancement (2023)
  • 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 ページ: 146～146
  • DOI: 10.3390/e25010146
  • 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 Interference (2022)
  • 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 ページ: 064018-064018
  • DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.064018
  • 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 Replica (2022)
  • 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 ページ: 9021583-9021583
  • DOI: 10.1155/2022/9021583
  • 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 Optimization (2022)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Skeleton structure inherent in quantum walks (2022)
  • 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)
  • 国際学会
• [学会発表] Asymmetric collective decision making through quantum interference (2022)
  • 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)
  • 国際学会
• [学会発表] An efficient observation algorithm that achieves the minimum number of measurements for pairing optimization (2022)
  • 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)
  • 国際学会
• [学会発表] Mathematical modeling of bending phenomena in photochromic single crystals by catastrophe theory (2022)
  • 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)
  • 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
• [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)
  • 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
• [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
• [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
• [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
• [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
• [学会発表] Folded-in-time deep neural networks: Emulating deep neural networks via delay dynamics (2022)
  • 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
• [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)
• [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)
• [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)
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.inter.ipc.i.u-tokyo.ac.jp/