光の極限性能を生かすAIフォトニクス高次機能の創成

创建利用光的终极性能的高阶人工智能光子学功能

基本信息

批准号：
20H00233
负责人：
成瀬誠
金额：
$ 28.45万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

情報技術の根底を支えてきたムーアの法則の終焉が認識され、持続可能なコンピューティングパワーと新機能の実現に向け、光を含めた物理過程の積極利用の重要性が高まっている。本研究は、研究代表者らが世界に先駆けて実現してきたナノ光学や光カオスを用いた意思決定等の光情報処理に関する実績を基盤として、今後の人工知能(AI)の時代に必須の高次情報処理を、光の極限性能を生かして実現する革新的AIフォトニクスを目指す。本年度は、前年度までの成果を踏まえながら、高次機能の創成に向け本研究の基礎となる要素の充実に注力した。（1）前年度において、光の軌道角運動量を活用することにより選択肢数の増大を可能とさせ、さらに量子干渉効果を用いることで競合を回避する新たな原理を提案し数値計算により実証したが（Sci. Rep. 2021）、当該原理をさらに発展させ、個々のエージェントの選好性を充足させつつ競合を回避する確率的意思決定原理を提唱した（Phys. Rev. Applied 2022）。（2）フォトクロミック材料は光によって可逆的に色が変わるというメモリ機能だけでなく、ミクロにおける分子構造の変化がマクロにおける形態変化を引き起こし多様な不連続的形態変化を示す点も特徴であり今後のシステム応用が期待されている。そこで本研究ではツバメの尾のカタストロフィーを用いた統一的モデル理論を提唱するとともに、従来知られていなかったフォトクロミック現象の示唆を与えた（J. Appl. Phys. 2023）。（3）精密時刻同期と光の合成に関しては、実験的基盤の整備を進め、無線系において情報伝達の遅延保証を実現する方式の実証に成功した（IEEE Access 2022）。

人们认识到支撑信息技术基础的摩尔定律的终结，主动利用包括光在内的物理过程来实现可持续计算能力和新功能的重要性日益增加。该研究以主要研究人员领先于世界的纳米光学决策、光学混沌决策等光信息处理成果为基础，旨在开发对未来的发展至关重要的高性能技术。我们的目标是创造创新的人工智能光子学，利用光的终极性能来实现新水平的信息处理。今年，我们在去年取得成果的基础上，重点向高阶函数的创建方向丰富本研究的基本要素。（1）去年，我们提出了一个新原理，既可以利用光的轨道角动量增加选择数量，又可以利用量子干涉效应避免竞争，并通过数值计算进行了论证。 (Sci. Rep. 2021)，进一步发展了这一原则，并提出了一种随机决策原则，可以避免竞争，同时满足个体代理的偏好(Phys. Rev. Applied 2022)。 (2)光致变色材料不仅具有响应光而可逆地改变颜色的记忆功能，而且由于微观层面的分子结构变化引起宏观层面的形态变化，表现出多种不连续的形态变化，并得到系统应用。预期的。在这项研究中，我们利用燕尾灾难提出了统一模型理论，并提出了一种以前未知的光致变色现象（J. Appl. Phys. 2023）。（3）在精确时间同步和光合成方面，我们推进了实验基础设施的开发，并成功演示了一种保证无线系统信息传输延迟的方法（IEEE Access 2022）。