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2019 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ光学とレーザーカオスを用いた超高集積・超高速意思決定の創製

Research Project

Project/Area Number 17H01277
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

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

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 堀 裕和  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10165574)
内山 和治  山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (70538165)
西郷 甲矢人  長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (80615154)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords意思決定
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、研究代表者らが世界をリードするナノ光学及びレーザーカオス技術に基づき、人工知能で重要な強化学習の本質である多本腕バンディット問題(意思決定問題)を、光の極限性能とともに物理的に実現することを目指す。具体的には、(1)光の微細化の極限としての近接場光による超高集積意思決定、並びに(2)光の高帯域性の極限による超高速意思決定に関し、スケーラビリティの実証や最適デバイス化を含めた具現を目指す。さらに、(1)、(2)の基盤となる理論を構築するとともに、超高速性などの光のメリットを最大に引き出す応用シナリオを検討する。
今年度は、前年度に実証したカオス時系列の時間多重方式によるスケーラブルな意思決定原理を発展させ、順序認識を可能とさせる新原理を構築し、その成果は国際会議 KJCCS 2020 において Best Student Paper Award を受賞した。またナノ光学の応用では、フォトクロミック結晶の近接場光測定による光子数の空間分布に基づいた多様な時系列生成に成功し、その成果は Scientific Reports 誌に掲載された。さらに、エンタングルドフォトンを用いてチーム全体としての利益を最大化するとともに平等性を保障した社会的意思決定の新たな原理を提案・実証し、その成果は Scientific Reports 誌に掲載された。また、本研究全体に通底する、自然系を用いた情報機能構築の基礎理論に関し、状態遷移可能性に注目した圏である「モビリティの圏」を提唱してきたが、その成果が Entropy 誌に掲載された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (50 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 8 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 6 results) Book (2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Decision Making Photonics: Solving Bandit Problems Using Photons2020

    • Author(s)
      Naruse Makoto、Chauvet Nicolas、Uchida Atsushi、Drezet Aurelien、Bachelier Guillaume、Huant Serge、Hori Hirokazu
    • Journal Title

      IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics

      Volume: 26 Pages: 1~10

    • DOI

      10.1109/JSTQE.2019.2929217

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lotka-Volterra competition mechanism embedded in a decision-making method2020

    • Author(s)
      Niiyama Tomoaki、Furuhata Genki、Uchida Atsushi、Naruse Makoto、Sunada Satoshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Pages: 014801~014801

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.014801

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic channel selection in wireless communications via a multi-armed bandit algorithm using laser chaos time series2020

    • Author(s)
      Takeuchi Shungo、Hasegawa Mikio、Kanno Kazutaka、Uchida Atsushi、Chauvet Nicolas、Naruse Makoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 1574

    • DOI

      10.1038/s41598-020-58541-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of Schubert polynomial series via nanometre-scale photoisomerization in photochromic single crystal and double-probe optical near-field measurements2020

    • Author(s)
      Uchiyama Kazuharu、Suzui Hirotsugu、Nakagomi Ryo、Saigo Hayato、Uchida Kingo、Naruse Makoto、Hori Hirokazu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 2710

    • DOI

      10.1038/s41598-020-59603-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Experimental demonstration of random walk by probability chaos using single photons2020

    • Author(s)
      M. Naruse, M. Berthel, H. Hori, A. Drezet, and S. Huant
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 13 Pages: 042006~042006

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab7bf8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On-chip photonic decision maker using spontaneous mode switching in a ring laser2019

    • Author(s)
      Homma Ryutaro、Kochi Satoshi、Niiyama Tomoaki、Mihana Takatomo、Mitsui Yusuke、Kanno Kazutaka、Uchida Atsushi、Naruse Makoto、Sunada Satoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 9429

    • DOI

      10.1038/s41598-019-45754-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Entangled-photon decision maker2019

    • Author(s)
      N. Chauvet, D. Jegouso, B. Boulanger, H. Saigo, K. Okamura, H. Hori, A. Drezet, S. Huant, G. Bachelier, and M. Naruse
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 12229

    • DOI

      10.1038/s41598-019-48647-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generative adversarial network based on chaotic time series2019

    • Author(s)
      Naruse Makoto、Matsubara Takashi、Chauvet Nicolas、Kanno Kazutaka、Yang Tianyu、Uchida Atsushi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 12963

    • DOI

      10.1038/s41598-019-49397-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Decision making for the multi-armed bandit problem using lag synchronization of chaos in mutually coupled semiconductor lasers2019

    • Author(s)
      Mihana Takatomo、Mitsui Yusuke、Takabayashi Mizuho、Kanno Kazutaka、Sunada Satoshi、Naruse Makoto、Uchida Atsushi
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 27 Pages: 26989~26989

    • DOI

      10.1364/OE.27.026989

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel frontier of photonics for data processing - Photonic accelerator2019

    • Author(s)
      Kitayama Ken-ichi、Notomi Masaya、Naruse Makoto、Inoue Koji、Kawakami Satoshi、Uchida Atsushi
    • Journal Title

      APL Photonics

      Volume: 4 Pages: 090901~090901

    • DOI

      10.1063/1.5108912

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mathematics and the Brain: A Category Theoretical Approach to Go Beyond the Neural Correlates of Consciousness2019

    • Author(s)
      Northoff Georg、Tsuchiya Naotsugu、Saigo Hayato
    • Journal Title

      Entropy

      Volume: 21 Pages: 1234~1234

    • DOI

      10.3390/e21121234

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Order recognition in multi-armed bandit problem with chaotic laser time series2020

    • Author(s)
      N. Narisawa, N. Chauvet, M. Hasegawa, and M. Naruse
    • Organizer
      The 8th Korea-Japan Joint Workshop on Complex Communication Sciences (KJCCS2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Channel selection in wireless communications by multi-armed bandit algorithm using chaotic time series2020

    • Author(s)
      S. Takeuchi, M. Naruse, K. Kanno, A. Uchida, and M. Hasegawa
    • Organizer
      The 8th Korea-Japan Joint Workshop on Complex Communication Sciences (KJCCS2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Information network using precision time synchronization via wireless interferometry: delay tolerance and skew evaluations2020

    • Author(s)
      D. Koyama, N. Shiga, S. Yasuda, N. Chauvet, and M. Naruse
    • Organizer
      The 8th Korea-Japan Joint Workshop on Complex Communication Sciences (KJCCS2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Decision making using classical and quantum light2020

    • Author(s)
      M. Naruse, N. Chauvet, S.Huant, S. Sunada, A. Uchida, and H. Hori
    • Organizer
      AI and Optical Data Science conference, SPIE Photonics West
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 一方向リングレーザーネットワークにおける遅延カオス同期と意思決定2020

    • Author(s)
      巳鼻孝朋、藤井聖広、菅野円隆、成瀬 誠、内田淳史
    • Organizer
      レーザー学会第541回研究会
  • [Presentation] 戻り光を有するマルチモード半導体レーザーにおけるモード競合ダイナミクスと意思決定への応用2020

    • Author(s)
      岩見龍吾、巳鼻孝朋、菅野円隆、成瀬 誠、内田淳史
    • Organizer
      レーザー学会第541回研究会
  • [Presentation] 多本腕バンディット問題における最良選択に対する複雑ダイナミクスの効果2020

    • Author(s)
      河内聡志、新山友暁、内田淳史、成瀬 誠、砂田 哲
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 非定常な報酬確率のバンディット問題における半導体レーザカオスを用いた意思決定2020

    • Author(s)
      小田章裕、巳鼻孝朋、成瀬 誠、内田淳史
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 綱引き理論に基づく半導体レーザネットワークを用いた意思決定2020

    • Author(s)
      巳鼻孝朋、藤井聖広、菅野円隆、成瀬 誠、内田淳史
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] フォトクロミック単結晶薄膜における開環体-閉環体境界の動的形成2020

    • Author(s)
      鈴井 洸胤、内山 和治、中込 亮、河野 瑠菜、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 量子ウォークによるドレスト光子のエネルギー移動の自律性について2020

    • Author(s)
      瀬川 悦生、松岡 雷士、西郷 甲矢人、三宮 俊、大津 元一
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] ドレスト光子エネルギー移動における定常状態への収束過程2020

    • Author(s)
      三宮 俊、西郷 甲矢人、大津 元一
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 近接場分光によるInGaN量子井戸におけるキャリア輸送現象の解明(Ⅱ)2020

    • Author(s)
      櫻井 杏梨、岩本 亘平、石川 陽、堀 裕和、小林 潔、岸野 克巳、酒井 優
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 戻り光を付加された量子ドットレーザーのダイナミクス実験2020

    • Author(s)
      山崎和人、菅野円隆、松本 敦、成瀬 誠、山本直克、内田淳史
    • Organizer
      2020年電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] Decision Making by Photons2019

    • Author(s)
      M. Naruse, N. Chauvet, A. Uchida, S. Huant, H. Hori
    • Organizer
      Conference Proceedings of The 1th International Conference on Multimedia Information Technology and Applications (MITA2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Single hybrid plasmonic structures for efficient photon pair production at the nanoscale2019

    • Author(s)
      N. Chauvet, M.Corny, G. Laurent, A. Drezet, G. Nogues, G. Dantelle, T.Gacoin, A. Uchida, H. Hori, S. Huant, G. Bachelier, and M. Naruse
    • Organizer
      10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Experimental investigation of nonlinear dynamics and bifurcation in a quantum-dot laser with optical feedback2019

    • Author(s)
      K. Yamasaki, K. Kanno, A. Matsumoto, M. Naruse, N. Yamamoto, and A. Uchida
    • Organizer
      Frontiers in Optics 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Decision making using lag synchronization of chaos in mutually-coupled semiconductor lasers2019

    • Author(s)
      T. Mihana, Y. Mitsui, M. Takabayashi, K. Kanno, M. Naruse, and A. Uchida
    • Organizer
      Frontiers in Optics 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 相互結合された半導体レーザの遅延カオス同期を用いた意思決定実験2019

    • Author(s)
      高林 瑞穂、三井 湧方、巳鼻 孝朋、菅野 円隆、成瀬 誠、内田 淳史
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 時刻同期を用いた単一ワードアービトレーション光ネットワーク2019

    • Author(s)
      王 允卓、中村文彦、志賀信泰、安田 哲、Nicolas Chauvet、成瀬 誠
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 動的当たり確率の多腕バンディット問題におけるレーザカオスを用いた意思決定方式の性能向上2019

    • Author(s)
      小田 章裕、巳鼻 孝朋、岩見 龍吾、菅野 円隆、成瀬 誠、内田 淳史
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] マルチモード半導体レーザのモード競合ダイナミクスを用いた多腕バンディット問題における意思決定2019

    • Author(s)
      岩見 龍吾、巳鼻 孝朋、小田 章裕、菅野 円隆、 成瀬 誠、内田 淳史
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 量子ドットレーザを用いた戻り光によるカオス生成におけるヒステリシス現象の観測2019

    • Author(s)
      松本 敦、赤羽 浩一、山崎 和人、菅野 円隆、山本 直克、堀 裕和、成瀬 誠、内田 淳史
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Entangled Photons, a New Resource for Social Decision Making2019

    • Author(s)
      N. Chauvet, A. Uchida, H. Hori, A. Drezet, S. Huant, G. Bachelier, and M. Naruse
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 超高速意思決定に向けたシリコンCMOS高速履歴記憶の回路設計2019

    • Author(s)
      原 紳介、董 鋭冰、松本 敦、笠松 章史、伊藤 浩之、関根 かをり、成瀬 誠
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] フォトクロミック単結晶薄膜における開環体-閉環体境界の動的形成の解明2019

    • Author(s)
      鈴井 洸胤、内山 和治、中込 亮、河野 瑠菜、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 光を用いた意思決定メカニズム2019

    • Author(s)
      成瀬 誠、N. Chauvet、S. Huant、砂田 哲、内田淳史、長谷川 幹雄、堀 裕和
    • Organizer
      革新的無線通信技術に関する横断型研究会(MIKA)
    • Invited
  • [Presentation] Decision Making based on Photonics2019

    • Author(s)
      M. Naruse, N. Chauvet, S. Sunada, K. Uchiyama, K. Uchida, M. Hasegawa, A. Uchida, and H. Hori
    • Organizer
      第4回JSAPフォトニクスワークショップ「光の新時代を切り拓く!!」
    • Invited
  • [Presentation] Photonic machine learning with microcavities2019

    • Author(s)
      S. Sunada, A. Uchida, and M. Naruse
    • Organizer
      The 6th International Workshop on Microcavities and Their Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Optimal complex dynamics for solving multi-armed bandit problems using chaotic time series2019

    • Author(s)
      S. Kochi, T. Niiyama, A. Uchida, M. Naruse, and S. Sunada
    • Organizer
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adaptive selection of dynamical models based on decision making in laser-based reservoir computing2019

    • Author(s)
      K. Kanno, M. Naruse, and A. Uchida
    • Organizer
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Laser network for lag synchronization of chaos and decision making2019

    • Author(s)
      T. Mihana, K. Kanno, M. Naruse, and A. Uchida
    • Organizer
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Decision making for multi-armed bandit problem with variable hit probabilities using chaotic laser signals2019

    • Author(s)
      A. Oda, T. Mihana, K. Kanno, M. Naruse, and A. Uchida
    • Organizer
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experiment on decision making using lag synchronization of chaos in mutually-coupled semiconductor lasers with time delay2019

    • Author(s)
      M. Takabayashi, Y. Mitsui, T. Mihana, K. Kanno, M. Naruse, and A. Uchida
    • Organizer
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 23の先端事例がつなぐ計算科学のフロンティア 第22章2020

    • Author(s)
      堀 裕和(分担執筆)
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      近代科学社
    • ISBN
      978-4-7649-0608-2
  • [Book] 23の先端事例がつなぐ計算科学のフロンティア 第23章2020

    • Author(s)
      成瀬 誠(分担執筆)
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      近代科学社
    • ISBN
      978-4-7649-0608-2
  • [Remarks] 東京大学成瀬研究室ホームページ

    • URL

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

  • [Remarks] Makoto Naruse Web Page

    • URL

      https://sites.google.com/site/makotonaruseweb/home

  • [Remarks] 山梨大学堀・内山研究室ホームページ

    • URL

      http://www.szr.yamanashi.ac.jp/lab/hori/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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