文部科学省・科学研究費補助金「特定領域研究」
「情報統計力学の深化と展開」
領域代表
東京工業大学・大学院総合理工学研究科
教授 樺島祥介
2006/12/18
H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
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アウトライン
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本領域の目的と意義
これまでの経緯
本領域発足の必要性
領域の概要と期待される成果
2006/12/18
H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
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目的および意義
• 現在目覚しい発展を遂げている情報科学へ
の統計力学的接近法(以下,情報統計力学)
を深化させ,有望な新領域に展開する.
– 深化軸:情報通信分野,情報統計力学理論
– 展開軸:量子情報分野,生命情報分野
• 以上を通じて,当該分野における世界的拠点
としての揺るぎない地位を我が国に確立する.
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H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
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これまでの経緯
• 特定領域研究「確率的情報処理への統計力学的アプローチ」
– 平成14年度~平成17年度(領域代表 東北大 田中和之)
– 目的:確率的情報処理に関する基礎理論を統計力学に基づき体系化
– 成果:情報科学における多体問題を統計力学の概念・方法に
より解決する「情報統計力学」の骨格を形成
情報統計力学の骨格~モノとコトを分け隔てしない~
多体問題:多数の要素から成る
系の機能・性質に関わる問題
情報の問題
通信,画像処理,
データ解析,etc
2006/12/18
同
一
視
情報科学に
自然科学の視点
重層的な接近法
・実験,近似,
厳密解,etc
物理の問題
「理論=証明」
磁性体,合金,
高分子,ガラス,etc H18成果発表会
からの発想の転換
大手町サンケイプラザ
統計力学の
概念と方法
“More is different”
PW Anderson,
1977 Nobel Prize Winner
性能評価
レプリカ法,ゲージ理論,
相転移理論,etc
アルゴリズム
平均場近似,MCMC法,
DMRG法,etc
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国内外の現状
• 国内:情報通信分野で特に顕著な成果
– 各種符号(誤り訂正,圧縮,CDMA等),画像の統計
力学的研究については現時点で世界トップの実力
• 国外:統計力学の広範な応用への関心の高まり
– 欧州‥計算理論,ゲーム理論などとの境界領域
(EVERGROW 2004-2007)
– 米国‥情報理論コミュニティ,ロスアラモス国立研究
所などを中心にグループ形成の動き
日本の研究(=情報統計力学)への関心は
きわめて高い(前途有望な領域と認識)
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H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
本領域発足の必要性
「情報統計力学」周辺の現状
• 現在は,各勢力が拮抗
得意分野
– 日本:情報通信
– 欧州:計算・ゲーム理論
– 米国:潜在能力
情報通信
計算・ゲーム理論
潜在能力
• 今後は日本の「御家芸」ともいえる情報通信分野を
中心に情報統計力学の本格的肉付けが始まり競争
の激化が必至
• 日本が主要な領域開拓者としての地位を歴史に刻
むためには今が正念場
⇒一層のアクティビティ強化が必要!
2006/12/18
H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
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世界をリードするための戦略
-現在リードしている情報通信,情報統計力学理論を深化
-近未来に発展が見込まれる量子情報,生命情報へ展開
類似性に基づく
解決指針の提供
C:生命情報班
システム論的生命
情報解析法の確立
解ア
析ル
法ゴ
のリ
提ズ
供ム
2006/12/18
・
問題の提示・
有効性の検証
類似性に基づく
解決指針の提供
A:情報通信班
情報通信に関する
高度な研究の推進
解ア
析ル
法ゴ
のリ
提ズ
供ム
・
有問
効題
性の
の提
検示
証・
B:量子情報班
量子確率に関する
多体理論の構築
D:情報統計力学班
アルゴリズム・解析法
の開発
現在の領域
H18成果発表会
大手町サンケイプラザ
問題の提示・
有効性の検証
解ア
析ル
法ゴ
のリ
提ズ
供ム
・
本
領
域
が
目
指
す
領
域
イ
メ
ー
ジ
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情報通信・情報統計力学の実績
各種符号化問題の統計力学に基づく性能評価と
アルゴリズム開発(日本の御家芸)
性能評価
符号化問題は本質的に多体問題
例)CDMA通信方式
ア
ル
ゴ
リ
ズ
ム
より高度な・複合的な問題への応用,
数理的基礎付けが今後の課題
2006/12/18
H18成果発表会
(今後数年は成果の収穫期)大手町サンケイプラザ
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量子情報分野の目標
量子確率の制御法,利用法に関する多体理論の
構築
制御法 量子誤り訂正
これまでの研究の流れ
・最適効率,最悪効率の評価
⇒量子情報理論,量子計算理論
・具体的な物質系,モデル系
⇒物性物理学,量子統計力学
我々の目標
あるクラスの
量子符号
⇔
古典SG模型
利用法
多体問題を基軸としてこれらの潮流を融
合させ,「最適」,「最悪」,「具体」をシー
ムレスにつなぐ理論を作る
・量子誤り訂正問題での検討
・系統的近似計算法の開発
・網羅的研究による量子確率の理解
2006/12/18
H18成果発表会
・etc
量子徐冷
量子確率に
よる徐伶
>
古典確率に
よる徐伶(?)
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生命情報分野における最新の成果
(Yoshida and Ishii, Neuron 50(5), 781-789, 2006)
不確実環境下での状態推定過程に関わる脳内部位
をシステム論的解析で解明
迷路課題を用いたfMRI実験(ヒト)
- 迷路構造とゴールは知っている
- スタート位置はわからない
- 現在位置の周りだけわかる
モ
デ
ル
情報統計力学が大活躍
不確かな情報からの「信念」の形成
・推定過程のモデル化
=多数要素が関連する多体問題
・モデルに基づいた脳内負荷の推定
=統計力学的計算法
による系統的な解析
脳内部位の役割解明
脳画像の回帰解析
★行動履歴から現在位置を推定
1. 前部前頭前野
実験
推定候補の保持・評価
2. 内側前頭前野
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行動の観察・評価
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位置づけと期待される成果
• モノとコトを横断する多体理論(=多体問題を
解決する方法論)の確立
– 複数の重点推進分野(情報通信,ナノテクノロジー,
ライフサイエンス)に関わる重要な基礎研究
– 従来常識とは異なる発想⇒革新的技術の源泉
• PD,大学院生を巻き込んだ推進による幅広い
視野と高度な知識を兼ね備えた人材の育成
– これまでの高い実績
• 国外研究グループとの競争,協力,密接な交
流を通じた日本発の研究成果の国際的定着
– 「世界から尊敬される日本」への貢献
H18成果発表会
2006/12/18
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領域をつらぬくコンセプト
• “More is different
in informatics as well”
• 領域ロゴマークと英語名称
Deepening and EXpansion
of Statistical Mechanical
Informatics
2006/12/18
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大手町サンケイプラザ
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