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深層学習AIによる量子伝導現象の解読

大門 俊介, Shou Tsunekawa, 川上慎二, 吉川貴史, Rafael Ramos, 大柳 洸一, Tomi Ohtsuki, Eiji Saitou

Published Dec 5, 2023• 0 citations
OpenAlex

Abstract

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。

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ダイヤモンドSnV中心を用いた電気機械結合によるマイクロ波–光インターフェイス

関口雄平, ナースィル アブドゥル, 黒川穂高 +16 more

近年、超伝導量子ビットに代表される光に直接結合しない量子デバイスを光量子系と接続するため、ダイヤモンド中の色中心をマイクロ波光子と光学光子の量子インターフェイスとして用いる試みが注目されている。マイクロ波光子は熱雑音の影響を強く受けるため、極低温下での動作を前提に、低いポンプ光強度での動作が重要となる。我々は、色中心をオプトメカニカル結晶中に配置する手法を提案し、理論計算により低ポンプ動作に向けて有望であることを示した。一方で、ダイヤモンドは圧電性を持たないため、機械モード励起に圧電材料を用いると、プロセスの複雑化や損失増加を招く可能性がある。そこで本研究では、圧電材料を用いずに静電力で機械モードの励起を試みた。実験では、SiN 光導波上のダイヤモンドナノフォトニック構造中の単一SnV中心を用いて、約 1.8 GHz の機械共鳴に対応する光学遷移のサイドバンドを観測した。さらに、2 経路同時のサイドバンド遷移によりマイクロ波と光の位相に依存した干渉が確認され、両者が機械モードを介して結合していることが示唆された。本成果は、ダイヤモンド色中心を用いた低雑音量子トランスデューサ実現に向けた基盤的ステップである。

•Mar 18, 2026•0 citations

物理学の根拠(批判的な眼差し):量子力学

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

霧箱観測による結果判定の問題点(原典)

masaru morimoto

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。

•Sep 11, 2026•0 citations

AIを用いた量子現象の解読と機能創出

大門 俊介

近年量子デバイスや量子コンピュータが目覚ましく発展し、実応用に向けた開発が精力的に行われている。しかしながら量子系の運動は複雑で、量子デバイスの解析や制御には高度な技術が必要とされてきた。我々のグループでは、この問題を解決するため、AIによる量子系の解読および機能創出に挑戦した。講演では、最先端の深層学習技術を量子伝導現象および量子コンピュータに応用した成果を紹介する。

•Dec 17, 2025•0 citations

生きたマウスの脳内細胞からの多項目計測を実現する生体ナノ量子計測系の構築

Manami Takahashi, Kiichi Kaminaga, 増山 雄太 +7 more

ナノ量子センサ計測技術は培養細胞などのin vitroへの応用が進む一方、生きた動物の脳内での計測は実現に至っていない。そこで本研究では、生体脳でのナノ量子センサー計測を実現することを目的とし、生体ナノ量子センサー計測用の顕微鏡と実験系を構築する。本研究では、生体ナノ量子センサ計測用の顕微鏡と実験系を構築し、生きたマウスの脳表マクロファージにおいて、同一細胞からの温度及びT1の二項目計測に成功した。野生型マウス個体間で再現性の高いデータが得られた。さらに、脳疾患マウスからのナノ量子センサー計測を実施することで、病態研究への有効性も検証した。この技術は、生物・医学研究における新たな評価系として期待される。

•Sep 13, 2023•0 citations

確率的対数領域計算による確率行列のスペクトルギャップ増幅

Kensuke Suzuki

近年,量子計算機の研究開発が盛んに行われており,量子計算量クラスに関する理論的な研究も活発に行われている.量子計算機は古典計算機に比べ高速に計算できることが期待されており,すでに実装可能な量子計算機がスーパーコンピュータを上回る性能に達しているという研究結果も存在する[3].しかし現在実装可能な量子計算機は古典計算機に比べ扱えるビット数が少ないため,量子領域計算クラスに関する困難性を明らかにすることは重要な課題となっている. また量子計算機はすべての問題において古典計算機より高速に計算できるわけではない.量子ビットは古典ビットに比べ少ない量で多くの情報を保持することが可能だが,保持した情報を一つずつ取り出すといった操作は得意ではない.こういった性質から,量子計算機では行列演算など複数の情報を用いた演算を古典計算機より少ないステップで行い,その結果を出力するという問題に強く,実際に行列に関する様々な問題の量子アルゴリズムが考案されている.こういった量子計算量クラスに関する様々な研究成果が出る中で,古典計算量クラスとの関係性を明らかにすることは量子計算機を活用するうえで重要な指標となる.現在行列問題における古典計算量クラスと量子計算量クラスの違いとして,扱えることのできる行列の種類や,近似を行う際の精度といったことが予想されている. このような背景より,古典における領域複雑性と行列問題の精度の観点から,Doron らの研究[6] に注目した.Doron らは確率行列の第二固有値を判定する問題について,逆多項式の精度を要求する場合はBPL 完全であることを示した.しかし彼らの研究において,より簡単な問題である定数精度を要求する第二固有値問題がどれほど困難かについては議論されておらず,定数精度と逆多項式精度の第二固有値問題における困難性が同等かは不明である.そこで本研究では逆多項式精度の第二固有値問題を定数精度に確率的対数領域計算で帰着させることで,定数精度と逆多項式精度の第二固有値問題が確率的対数領域計算において同等の困難性を持つことを示そうと試みた.結果として確率的対数領域計算が可能な状況では,定数精度の第二固有値問題が一部の逆多項式精度の問題より困難であることを示した.

•Mar 1, 2023•0 citations
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、超伝導量子ビットに代表される光に直接結合しない量子デバイスを光量子系と接続するため、ダイヤモンド中の色中心をマイクロ波光子と光学光子の量子インターフェイスとして用いる試みが注目されている。マイクロ波光子は熱雑音の影響を強く受けるため、極低温下での動作を前提に、低いポンプ光強度での動作が重要となる。我々は、色中心をオプトメカニカル結晶中に配置する手法を提案し、理論計算により低ポンプ動作に向けて有望であることを示した。一方で、ダイヤモンドは圧電性を持たないため、機械モード励起に圧電材料を用いると、プロセスの複雑化や損失増加を招く可能性がある。そこで本研究では、圧電材料を用いずに静電力で機械モードの励起を試みた。実験では、SiN 光導波上のダイヤモンドナノフォトニック構造中の単一SnV中心を用いて、約 1.8 GHz の機械共鳴に対応する光学遷移のサイドバンドを観測した。さらに、2 経路同時のサイドバンド遷移によりマイクロ波と光の位相に依存した干渉が確認され、両者が機械モードを介して結合していることが示唆された。本成果は、ダイヤモンド色中心を用いた低雑音量子トランスデューサ実現に向けた基盤的ステップである。
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。
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。
近年量子デバイスや量子コンピュータが目覚ましく発展し、実応用に向けた開発が精力的に行われている。しかしながら量子系の運動は複雑で、量子デバイスの解析や制御には高度な技術が必要とされてきた。我々のグループでは、この問題を解決するため、AIによる量子系の解読および機能創出に挑戦した。講演では、最先端の深層学習技術を量子伝導現象および量子コンピュータに応用した成果を紹介する。
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近年,量子計算機の研究開発が盛んに行われており,量子計算量クラスに関する理論的な研究も活発に行われている.量子計算機は古典計算機に比べ高速に計算できることが期待されており,すでに実装可能な量子計算機がスーパーコンピュータを上回る性能に達しているという研究結果も存在する[3].しかし現在実装可能な量子計算機は古典計算機に比べ扱えるビット数が少ないため,量子領域計算クラスに関する困難性を明らかにすることは重要な課題となっている. また量子計算機はすべての問題において古典計算機より高速に計算できるわけではない.量子ビットは古典ビットに比べ少ない量で多くの情報を保持することが可能だが,保持した情報を一つずつ取り出すといった操作は得意ではない.こういった性質から,量子計算機では行列演算など複数の情報を用いた演算を古典計算機より少ないステップで行い,その結果を出力するという問題に強く,実際に行列に関する様々な問題の量子アルゴリズムが考案されている.こういった量子計算量クラスに関する様々な研究成果が出る中で,古典計算量クラスとの関係性を明らかにすることは量子計算機を活用するうえで重要な指標となる.現在行列問題における古典計算量クラスと量子計算量クラスの違いとして,扱えることのできる行列の種類や,近似を行う際の精度といったことが予想されている. このような背景より,古典における領域複雑性と行列問題の精度の観点から,Doron らの研究[6] に注目した.Doron らは確率行列の第二固有値を判定する問題について,逆多項式の精度を要求する場合はBPL 完全であることを示した.しかし彼らの研究において,より簡単な問題である定数精度を要求する第二固有値問題がどれほど困難かについては議論されておらず,定数精度と逆多項式精度の第二固有値問題における困難性が同等かは不明である.そこで本研究では逆多項式精度の第二固有値問題を定数精度に確率的対数領域計算で帰着させることで,定数精度と逆多項式精度の第二固有値問題が確率的対数領域計算において同等の困難性を持つことを示そうと試みた.結果として確率的対数領域計算が可能な状況では,定数精度の第二固有値問題が一部の逆多項式精度の問題より困難であることを示した.