量子センシングによる最先端イメージング診断・治療技術の開発と医学・薬学応用
湯川 博
Published Sep 20, 2024• 0 citations
Abstract
生命科学の発展において、分子生物学が果たした役割は非常に大きい。しかし、未解明な生命現象も数多存在し、生命の根源的理解には至っていない。そのため、生命科学をこれまでの分子レベルから量子レベルにまで拡張して、統合することで理解を深める量子生命科学に強い期待が集まっている。本シンポジウムでは、生体内での計測がほとんど進んでいない温度、pH、磁場などの物理化学的パラメーターを多項目同時計測可能な、生体ナノ量子センサーシステム開発の最前線について紹介する。
Related papers
多電子系の遍歴・局在・秩序化(第51回 物性若手夏の学校(2006年度))
Yoshio Kuramoto
単独の電子は,質量・電荷・スピンで特徴付けられ,その性質は定量的によくわかっている。しかし,このような電子が多数集まると,非常に豊かで思いがけない性質を示す。固体中に凝縮した電子が示す超伝導,強磁性,分数量子ホール効果などはその例である。単独の電子の固有状態は,自由空間では平面波であるが,多数の電子の固有状態は必ずしも平面波ではない。すなわち斥力相互作用が強いと,平面波状態は不安定になり,多数の電子は自発的に局在する。この状態は,電子の結晶とみなせる。それでは逆に,平面波状態(フェルミ液体状態)は電子間の相互作用があっても生き残れるか,と問うこともできる。実はこの答えは単純ではない。その際,系の次元性が本質的に重要になる。この講義では,量子多体系としての電子系が示す興味ある性質を理解するために,単純な例から出発して重要な基本概念を説明する。特に,近藤効果,朝永・ラッティンジャー流体,モット絶縁体,動的有効場などを直感的に理解できるようにしたい。また,できるだけ最近の実験結果を含む新しい例題を選んで,量子多体系に関する最先端研究の現状がわかるようにしたい。
•Feb 20, 2007•0 citations
Sergey N. Artekha
本書は2部からなり,量子力学および現代電磁現象理論に関する体系的分析をテーマとしている。理論物理学における数学の適用のいくつかの誤りが検討される。この第1部では量子力学の基礎概念,道具立て,方法および適用が詳しく吟味され,それらが根拠を欠いていること,そして量子力学の最も広く普及しているバージョンであるコペンハーゲン解釈がしばしば内部矛盾をきたしていることが証明される。本書にはこの理論の基礎に据えられている諸実験についての批判的分析が含まれている。これらすべてのことは,量子力学の一般に受け入れられているバージョンは仮設構造物であり,それゆえ,矛盾のない新たなミクロ世界の理論の創出が求められていることを示している。本書ではミクロ世界に適用し得るいくつかの代替的なアイディアも検討されている。 本書は大学生,大学院生,教師,科学技術者,そして物理学の根拠について関心を持つすべての人々にとって有益なものとなろう。
•Aug 28, 2015•0 citations
美歩 三宅
近年, 情報技術はさまざまな分野で使用されている. 特に企業では, 顧客や社会のニーズに応えるために人工知能などの先端技術や自社のデータの有効活用などが重要視されている. しかし, 顧客のパーソナルデータや企業の独自技術といった機密情報の利活用には, 情報漏洩や不正利用など安全面に課題がある. そこで, データを秘匿化したまま任意の計算が可能な秘密計算(secure multi-party computation, MPC) と呼ばれる暗号技術が注目されている. MPC とは, n人の入力x1, . . . , xn を持つパーティP₁, . . . , Pn が, 入力を秘匿したまま関数f(x1, . . . , xn) を共同計算する暗号技術である. MPC に関するほとんどの先行研究では, 全てのパーティが他の全てのパーティと通信できることが前提となっている. このようなプロトコルでは, プロトコルの実行中, 全てのパーティが常にオンラインである必要があり, これは現実的な設定ではない. 例えば, 無線通信では無線機器間の物理的距離によって直接通信ができない可能性がある. そのため, パーティ間の通信が制限されたMPC を考える必要がある. Halevi, Lindell, Pinkas はこの問題に対して, 全てのパーティが同時にオンラインであるという制約をなくしたプロトコルを提案した. また, Beimel らとGoldwasser らは, 各パーティが独立してメッセージをサーバへ送信し, サーバが関数の出力を計算するプロトコルを提案した. その後, Halevi らがこれらを一般化し, 相互通信パターン(interaction pattern)という概念を導入したMPC プロトコルを提案した. 相互通信パターンは, 各パーティが送信するメッセージの依存関係を表す有向非巡回グラフによって与えられる. 彼らのプロトコルは事前計算モデルであり, パーティ間で通信を行う前に, 各パーティに相関乱数 を与えることで任意の相互通信パターンを持つMPC プロトコルを実現している. また, 彼らは対称関数に対してチェーン型の相互通信パターンを持つ情報理論的に安全なプロトコルを提案している. このプロトコルでは, 相関乱数はn(n +1)²ビット, 総通信量は高々n(n +1)²ビットである. 本研究では, 対称関数に対応したアーベルプログラムに対するチェーン型と木状相互通信パターンを持つプロトコルを提案する. 提案プロトコルでは, 相関乱数はO(n log n) ビット, 総通信量はO(n log n) ビットである. アーベルプログラムとは, 入力はアーベル群G上の要素であり, 関数f : G → {0, 1}を用いてh(x1, . . . , xn) = f(Σi∈[n] xi) で表される関数である. 入力領域をG = Zn+1 とすることで, 対称関数が表現できる. 対称関数は出力が入力のハミング重みにのみ依存する関数であり, 具体的には, OR, AND, 多数決関数などの実用的な関数がある. また, 木状相互通信パターンを持つプロトコルは有用である. 通信ネットワーク上のルーティングは木構造となっている. そのため, 木状相互通信パターンを持つプロトコルを提案することで, パーティ間の通信が任意に制限されている通信ネットワーク上でのMPC を実現可能とする.
•Mar 1, 2023•0 citations
生命科学の発展において、分子生物学が果たした役割は非常に大きい。しかし、未解明な生命現象も数多存在し、生命の根源的理解には至っていない。そのため、生命科学をこれまでの分子レベルから量子レベルにまで拡張して、統合することで理解を深める量子生命科学に強い期待が集まっている。本シンポジウムでは、生体内での計測がほとんど進んでいない温度、pH、磁場などの物理化学的パラメーターを多項目同時計測可能な、生体ナノ量子センサーシステム開発の最前線について紹介する。
霧箱観測は荷電した何らかの物体が媒質をイオン化した際に生じる軌跡を可視化する装置として広く利用されてきた。しかし、霧箱に形成される軌跡が直ちに「粒子の通過」を意味するとする前提には、実験的厳密性の観点から再検討の余地がある。 霧箱はイオン化反応に対して応答する装置であり、反応を引き起こす主体が粒子であるか、あるいは別種の電荷を帯びた波動的・場的影響であるかを区別する機能を持たない。したがって、霧箱に軌跡が観測されたとしても、それを粒子の存在証拠と断定することは論理的に飛躍を含む。 この懐疑を解消するためには、追加実験として電磁波などの非粒子的電荷影響を霧箱に照射し、同様の反応が生じるかを検証することが有効である。本研究は、霧箱観測に基づく結果判定の妥当性について、実験装置の原理に立ち返り再評価する必要性を指摘する。
単独の電子は,質量・電荷・スピンで特徴付けられ,その性質は定量的によくわかっている。しかし,このような電子が多数集まると,非常に豊かで思いがけない性質を示す。固体中に凝縮した電子が示す超伝導,強磁性,分数量子ホール効果などはその例である。単独の電子の固有状態は,自由空間では平面波であるが,多数の電子の固有状態は必ずしも平面波ではない。すなわち斥力相互作用が強いと,平面波状態は不安定になり,多数の電子は自発的に局在する。この状態は,電子の結晶とみなせる。それでは逆に,平面波状態(フェルミ液体状態)は電子間の相互作用があっても生き残れるか,と問うこともできる。実はこの答えは単純ではない。その際,系の次元性が本質的に重要になる。この講義では,量子多体系としての電子系が示す興味ある性質を理解するために,単純な例から出発して重要な基本概念を説明する。特に,近藤効果,朝永・ラッティンジャー流体,モット絶縁体,動的有効場などを直感的に理解できるようにしたい。また,できるだけ最近の実験結果を含む新しい例題を選んで,量子多体系に関する最先端研究の現状がわかるようにしたい。
本書は2部からなり,量子力学および現代電磁現象理論に関する体系的分析をテーマとしている。理論物理学における数学の適用のいくつかの誤りが検討される。この第1部では量子力学の基礎概念,道具立て,方法および適用が詳しく吟味され,それらが根拠を欠いていること,そして量子力学の最も広く普及しているバージョンであるコペンハーゲン解釈がしばしば内部矛盾をきたしていることが証明される。本書にはこの理論の基礎に据えられている諸実験についての批判的分析が含まれている。これらすべてのことは,量子力学の一般に受け入れられているバージョンは仮設構造物であり,それゆえ,矛盾のない新たなミクロ世界の理論の創出が求められていることを示している。本書ではミクロ世界に適用し得るいくつかの代替的なアイディアも検討されている。 本書は大学生,大学院生,教師,科学技術者,そして物理学の根拠について関心を持つすべての人々にとって有益なものとなろう。
一次元の反強磁性鎖では強い量子ゆらぎのため絶対ゼロ度においても均一系においては磁化が出現しない。しかし、これらの系に何らかの不均一性を導入すると、磁気構造が誘起される。一次元鎖にnon magneticなサイトを混入するとopen bundary系の問題に帰着するが、S=1/2では静的な構造因子や局所帯磁率が解析的にあるいは数値的に求められている[1,2]。また、ランダムなexchange couplingを持つ鎖の性質についても調べられている[3,4,5]。そしてS=1のハイセンベルグ系では、特に端の効果は有名である[6,7]。本研究の目的は、格子の空間構造を反映した強い量子ゆらぎによる様々な量子スピン効果を明らかにすることである。そのため、いろいろな格子での磁気秩序における量子効果を、量子モンテカルロ法、対角化法などで調べた。今回、我々はS=1/2のuniformなハイセンベルグ鎖とボンド交替鎖で一部の相互作用の大きさを変えた系、およびタS=1のハイセンベルグ鎖にS=1/2のスピンを混入した系において現れる不均一性誘起磁気構造の性質、特に、その温度依存性を明らかにした。
ナノ量子系の電気伝導は、一般に周期性をもたない不規則な磁場依存性を示すことが知られている。この磁気伝導度ゆらぎは、試料内で電子が複雑に散乱・干渉することで引き起こされ、試料固有の振動が観測されることから「量子指紋」と呼ばれる。一方で、不規則に振動する量子指紋を解読することは従来の解析手法では困難であり、ミクロな内部情報を抽出することはできなかった。そこで本研究では、量子指紋を解読可能な深層生成ネットワークを開発し、複雑な磁気伝導度ゆらぎからミクロな内部情報の抽出に挑戦した。講演では、開発ネットワークによる試料のミクロ構造および量子干渉情報の生成と、実験データへの応用について報告する。
近年, 情報技術はさまざまな分野で使用されている. 特に企業では, 顧客や社会のニーズに応えるために人工知能などの先端技術や自社のデータの有効活用などが重要視されている. しかし, 顧客のパーソナルデータや企業の独自技術といった機密情報の利活用には, 情報漏洩や不正利用など安全面に課題がある. そこで, データを秘匿化したまま任意の計算が可能な秘密計算(secure multi-party computation, MPC) と呼ばれる暗号技術が注目されている. MPC とは, n人の入力x1, . . . , xn を持つパーティP₁, . . . , Pn が, 入力を秘匿したまま関数f(x1, . . . , xn) を共同計算する暗号技術である. MPC に関するほとんどの先行研究では, 全てのパーティが他の全てのパーティと通信できることが前提となっている. このようなプロトコルでは, プロトコルの実行中, 全てのパーティが常にオンラインである必要があり, これは現実的な設定ではない. 例えば, 無線通信では無線機器間の物理的距離によって直接通信ができない可能性がある. そのため, パーティ間の通信が制限されたMPC を考える必要がある. Halevi, Lindell, Pinkas はこの問題に対して, 全てのパーティが同時にオンラインであるという制約をなくしたプロトコルを提案した. また, Beimel らとGoldwasser らは, 各パーティが独立してメッセージをサーバへ送信し, サーバが関数の出力を計算するプロトコルを提案した. その後, Halevi らがこれらを一般化し, 相互通信パターン(interaction pattern)という概念を導入したMPC プロトコルを提案した. 相互通信パターンは, 各パーティが送信するメッセージの依存関係を表す有向非巡回グラフによって与えられる. 彼らのプロトコルは事前計算モデルであり, パーティ間で通信を行う前に, 各パーティに相関乱数 を与えることで任意の相互通信パターンを持つMPC プロトコルを実現している. また, 彼らは対称関数に対してチェーン型の相互通信パターンを持つ情報理論的に安全なプロトコルを提案している. このプロトコルでは, 相関乱数はn(n +1)²ビット, 総通信量は高々n(n +1)²ビットである. 本研究では, 対称関数に対応したアーベルプログラムに対するチェーン型と木状相互通信パターンを持つプロトコルを提案する. 提案プロトコルでは, 相関乱数はO(n log n) ビット, 総通信量はO(n log n) ビットである. アーベルプログラムとは, 入力はアーベル群G上の要素であり, 関数f : G → {0, 1}を用いてh(x1, . . . , xn) = f(Σi∈[n] xi) で表される関数である. 入力領域をG = Zn+1 とすることで, 対称関数が表現できる. 対称関数は出力が入力のハミング重みにのみ依存する関数であり, 具体的には, OR, AND, 多数決関数などの実用的な関数がある. また, 木状相互通信パターンを持つプロトコルは有用である. 通信ネットワーク上のルーティングは木構造となっている. そのため, 木状相互通信パターンを持つプロトコルを提案することで, パーティ間の通信が任意に制限されている通信ネットワーク上でのMPC を実現可能とする.