相変化材料による局所的演算・記憶要素の空間相関形成とシミュレータ機能の実装
【研究分野】光工学・光量子科学
【研究キーワード】
自然知能 / 組み合わせ最適化 / スピングラス / 相変化材料 / コロイド結晶 / アニーリング / 最適化問題 / 表面プラズモン / コロイド粒子 / プラズモン / フォノンポラリトン / フラストレーション / 応用光学・量子光工学 / 先端機能デバイス / 光物性 / 流体工学
【研究成果の概要】
スピングラスの解探索を目的とした物理計算機の開発を２つのアプローチで試みた。１つはスピングラスを結合振動子系に置き換え、その最低固有モードを求める問題に変換するものである。アルゴリズムとしての評価を実施し、既存の焼きなまし法と比較して約１桁の計算時間短縮が確認された。また物理実装法として、結合プラズモン粒子系において、粒子間相互作用を相変化材料によって自律的に調節し、高速で最適解に到達するスキームを考案した。２つめは、フラストレーションをかかえたスピン格子系と等価な２次元コロイド結晶に着目した。１umのポリスチレンビーズを使った物理実装を実現し、最適解に至るアニーリング過程を可視化した。
【研究の社会的意義】
相変化材料による演算・記憶機能が大域的に相関を形成することを実証し、その機構の多様性、多自由度性と複雑性に基づく入出力相関の中にコンピューティング機能、さらには広義の知性を見出す契機となった。これらの研究を通して非ノイマン型コンピューティングの新しい着想と設計論が生まれると期待され、工学的意義は大きい。
既存のアルゴリズムの実装によるコンピューティング機能の実証を通して、脳機能や複雑な自然・社会現象の理解を目的とした構成論的アプローチ、すなわち複雑な相互作用、相関形成機能を内在したシミュレータを実際に動かして現象の理解に役立てるへの応用という新しい視座を得ることができた。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)