田中 宗 (タナカ シュウ)

Tanaka, Shu

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所属(所属キャンパス)

理工学部 物理情報工学科 (矢上)

職名

准教授

メールアドレス

メールアドレス

研究室住所

26棟604C

研究室電話番号

045-566-1609

外部リンク

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2008年04月
    -
    2010年03月

    東京大学, 物性研究所, 特任研究員

  • 2010年04月
    -
    2011年03月

    近畿大学, 総合理工学研究科量子コンピュータ研究センター, 博士研究員

  • 2011年04月
    -
    2014年03月

    東京大学, 大学院理学系研究科化学専攻, 日本学術振興会特別研究員(PD)

  • 2014年04月
    -
    2015年03月

    京都大学, 基礎物理学研究所, 基研特任助教(湯川フェロー)

  • 2014年10月
    -
    2015年01月

    京都大学, 総合人間学部, 非常勤講師

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学歴 【 表示 / 非表示

  • 1999年04月
    -
    2003年03月

    東京工業大学, 理学部, 物理学科

    日本, 大学, 卒業

  • 2003年04月
    -
    2005年03月

    東京大学, 大学院理学系研究科, 物理学専攻

    日本, 大学院, 修了, 修士

  • 2005年04月
    -
    2008年03月

    東京大学, 大学院理学系研究科, 物理学専攻

    日本, 大学院, 修了, 博士

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(理学), 東京大学, 課程, 2008年03月

    Slow Dynamics in Frustrated Magnetic Systems

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 数理物理・物性基礎

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 量子アニーリング

  • イジングマシン

  • 物性理論

  • 統計力学

  • 計算物理学

研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • 量子アニーリング・イジングマシン, 

    2006年
    -
    継続中

     研究概要を見る

    量子アニーリング等イジングマシンのハードウェア開発やソフトウェア・内部アルゴリズム開発につながる基礎研究や、量子アニーリング等イジングマシンの有効なアプリケーションを探る応用研究を、多くの企業や大学、研究所の方々と緊密に連携しながら行っております。

共同研究希望テーマ 【 表示 / 非表示

  • 量子アニーリング等イジングマシンの有効なアプリケーション探索

    産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する,  希望形態: 受託研究, 共同研究

  • 量子アニーリング等イジングマシンのソフトウェア開発につながる基礎研究

    産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する,  希望形態: 受託研究, 共同研究

  • 量子アニーリング等イジングマシンのハードウェア開発につながる基礎研究

    産学連携、民間を含む他機関等との共同研究等を希望する,  希望形態: 受託研究, 共同研究

 

著書 【 表示 / 非表示

論文 【 表示 / 非表示

  • An Approach to the Vehicle Routing Problem with Balanced Pick-up Using Ising Machines

    Bao S., Tawada M., Tanaka S., Togawa N.

    2021 International Symposium on VLSI Design, Automation and Test, VLSI-DAT 2021 - Proceedings (2021 International Symposium on VLSI Design, Automation and Test, VLSI-DAT 2021 - Proceedings)  2021年04月

    ISSN  9781665419154

     概要を見る

    Vehicle routing problems (VRPs) can be solved as optimization problems. Practical applications of the VRPs are involved in various areas including manufacturing, supply chain, and tourism. Conventional approaches using von Neumann computers obtain good approximate solutions to the optimization problems, but conventional approaches show disadvantages of computation costs in large-scale or complex problems due to the combinatorial explosion. Oppositely, Ising machines or quantum annealing machines are non-von Neumann computers that are designed to solve complex optimization problems. In this paper, we propose an Ising-machine based approach for the vehicle routing problem with balanced pick-up (VRPBP). The development of the VRPBP is motivated by postal items pick-up services in the real-world. Our approach includes various features of VRP variants. We propose a 2-phase approach to solve the VRPBP and key elements in each phase are mapped onto quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) forms. Specifically, the first phase belongs to the clustering phase which is an extension to the knapsack problem with additional distance and load balancing concerns. The second phase is mapped to the traveling salesman problem. Experimental results of our approach are evaluated in terms of solution quality and computation time compared with conventional approaches.

  • Mapping induced subgraph isomorphism problems to ising models and its evaluations by an ising machine

    Yoshimura N., Tawada M., Tanaka S., Arai J., Yagi S., Uchiyama H., Togawa N.

    IEICE Transactions on Information and Systems (IEICE Transactions on Information and Systems)  E104.D ( 4 ) 481 - 489 2021年04月

    ISSN  09168532

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    SUMMARY Ising machines have attracted attention as they are expected to solve combinatorial optimization problems at high speed with Ising models corresponding to those problems. An induced subgraph isomorphism problem is one of the decision problems, which determines whether a specific graph structure is included in a whole graph or not. The problem can be represented by equality constraints in the words of combinatorial optimization problem. By using the penalty functions corresponding to the equality constraints, we can utilize an Ising machine to the induced subgraph isomorphism problem. The induced subgraph isomorphism problem can be seen in many practical problems, for example, finding out a particular malicious circuit in a device or particular network structure of chemical bonds in a compound. However, due to the limitation of the number of spin variables in the current Ising machines, reducing the number of spin variables is a major concern. Here, we propose an efficient Ising model mapping method to solve the induced subgraph isomorphism problem by Ising machines. Our proposed method theoretically solves the induced subgraph isomorphism problem. Furthermore, the number of spin variables in the Ising model generated by our proposed method is theoretically smaller than that of the conventional method. Experimental results demonstrate that our proposed method can successfully solve the induced subgraph isomorphism problem by using the Ising-model based simulated annealing and a real Ising machine.

  • Solving constrained slot placement problems using an ising machine and its evaluations

    Kanamaru S., Kawamura K., Tanaka S., Tomita Y., Togawa N.

    IEICE Transactions on Information and Systems (IEICE Transactions on Information and Systems)  E104D ( 2 ) 226 - 236 2021年02月

    ISSN  09168532

     概要を見る

    Ising machines have attracted attention, which is expected to obtain better solutions of various combinatorial optimization problems at high speed by mapping the problems to natural phenomena. A slot-placement problem is one of the combinatorial optimization problems, regarded as a quadratic assignment problem, which relates to the optimal logic-block placement in a digital circuit as well as optimal delivery planning. Here, we propose a mapping to the Ising model for solving a slot-placement problem with additional constraints, called a constrained slot-placement problem, where several item pairs must be placed within a given distance. Since the behavior of Ising machines is stochastic and we map the problem to the Ising model which uses the penalty method, the obtained solution does not always satisfy the slot-placement constraint, which is different from the conventional methods such as the conventional simulated annealing. To resolve the problem, we propose an interpretation method in which a feasible solution is generated by post-processing procedures. We measured the execution time of an Ising machine and compared the execution time of the simulated annealing in which solutions with almost the same accuracy are obtained. As a result, we found that the Ising machine is faster than the simulated annealing that we implemented.

  • Visiting-Route Recommendation in Amusement Parks and its Evaluations by an Ising Machine

    Mukasa Y., Wakaizumi T., Tanaka S., Togawa N.

    Digest of Technical Papers - IEEE International Conference on Consumer Electronics (Digest of Technical Papers - IEEE International Conference on Consumer Electronics)  2021-January 2021年01月

    ISSN  9781728197661

     概要を見る

    In an amusement park, an attraction-visiting route considering the waiting time and traveling time improves visitors' satisfaction and experience. We focus on Ising machines to solve the problem, which are recently expected to solve combinatorial optimization problems at high speed by mapping the problems to Ising models or quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) models. We propose a mapping of the visiting-route recommendation problem in amusement parks to a QUBO model for solving it using Ising machines. By using an actual Ising machine, we could obtain feasible solutions 15 times faster with almost the same accuracy as the simulated annealing method for the visiting-route recommendation problem.

  • Exact bounds for dynamical critical exponents of transverse-field Ising chains with a correlated disorder

    Shirai T., Tanaka S.

    Annals of Physics (Annals of Physics)  2021年

    ISSN  00034916

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    This study investigates the dynamical critical exponent of disordered Ising chains under transverse fields to examine the effect of a correlated disorder on quantum phase transitions. The correlated disorder, where the on-site transverse field depends on the nearest-neighbor coupling strengths connecting the site, gives a qualitatively different result from the uncorrelated disorder. In the uncorrelated disorder cases where the transverse field is either homogeneous over sites or random independently of the nearest-neighbor coupling strengths, the dynamical critical exponent is infinite. In contrast, in the presence of the correlated disorder, we analytically show that the dynamical critical exponent is finite. We also show that the dynamical critical exponent depends on the tuning process of the transverse field strengths.

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総説・解説等 【 表示 / 非表示

  • イジングマシン技術の研究開発動向

    田中 宗

    技術解説書「拡大する量子コンピューティング その社会実装ポテンシャル」 (モバイルコンピューティング推進コンソーシアム(MCPC))   2020年03月

    総説・解説(その他), 単著

  • イジングマシンの動作原理と応用探索の最新動向

    田中 宗,松田 佳希

    表面と真空 63   96 - 103 2020年

    総説・解説(学術雑誌), 共著

  • 量子アニーリングや関連技術のいまと未来:AQC2019 参加報告

    田中 宗,白井 達彦,藤井 啓祐

    日本物理学会誌 75 ( 5 ) 299 - 302 2020年

    総説・解説(学術雑誌), 共著

  • 量子アニーリングの応用探索

    田中 宗,西村 直樹,棚橋 耕太郎

    数理科学 2019年7月号 673   47 - 53 2019年07月

    総説・解説(学術雑誌), 共著

  • イジングマシンに関係するソフトウェア開発およびアプリケーション探索動向

    田中 宗

    量子コンピュータ/イジング型コンピュータ研究開発最前線 〜基礎原理・最新技術動向・実用化に向けた企業の取り組み〜 (情報機構)   2019年02月

    総説・解説(商業誌、新聞、ウェブメディア), 単著

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研究発表 【 表示 / 非表示

  • イジングマシンを用いたアミューズメントパークの経路最適化手法

    武笠 陽介、若泉 朋弥、田中 宗、戸川 望

    VLSI設計技術研究会, 2020年03月, 口頭(一般)

  • イジング計算機による3次元直方体パッキング問題の解法

    金丸 翔、寺田 晃太朗、川村 一志、田中 宗、富田 憲範、戸川 望

    VLSI設計技術研究会, 2020年03月, 口頭(一般)

  • 3 次元直方体パッキング問題のQUBOモデルマッピング

    金丸 翔、寺田 晃太朗、川村 一志、田中 宗、富田 憲範、戸川 望

    2020年電子情報通信学会総合大会, 2020年03月, 口頭(一般)

  • イジングマシン分野の研究開発の現状と今後 〜ハード・ソフト・アプリケーション・理論〜

    田中 宗、戸川 望

    2020年電子情報通信学会総合大会 依頼シンポジウムセッション「組合せ最適化専用イジングマシン周辺技術の現状と展望」, 2020年03月, 口頭(招待・特別)

  • イジングマシンにおける整数バイナリ変換の性能比較

    田村 健祐、白井 達彦、桂 法称、田中 宗、戸川 望

    日本物理学会第75回年次大会, 2020年03月, 口頭(一般)

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競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 量子古典ハイブリッド計算技術による物質シミュレーション高速化手法の研究

    2021年04月
    -
    2024年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 田中 宗, 基盤研究(C), 補助金,  代表

受賞 【 表示 / 非表示

  • 第9回日本物理学会若手奨励賞(領域11)

    田中 宗, 2015年03月, 日本物理学会, 二次元量子多体系におけるエンタングルメントの研究

    受賞区分: 国内学会・会議・シンポジウム等の賞,  受賞国: 日本

  • 東京大学大学院理学系研究科研究奨励賞(博士)

    田中 宗, 2008年03月, 東京大学大学院理学系研究科

    受賞区分: その他の賞,  受賞国: 日本

 

担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • プレゼンテーション技法

    2021年度

  • 自然科学実験

    2021年度

  • 理工学基礎実験

    2021年度

  • 基礎理工学課題研究

    2021年度

  • 基礎理工学特別研究第2

    2021年度

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担当経験のある授業科目 【 表示 / 非表示

  • オムニバス講義

    お茶の水女子大学, 2019年度, 秋学期, 専門科目, 講義, 兼担

  • ディジタルシステム設計

    早稲田大学基幹理工学部, 2019年度, 秋学期, 専門科目, 講義, 兼担

  • ディジタルシステム設計

    早稲田大学基幹理工学部, 2018年度, 秋学期, 専門科目, 講義, 兼担

  • Exercises for Fundamental Physics B IPSE Course

    早稲田大学先進理工学部, 2017年度, 秋学期, 専門科目, 演習

  • 物理学実験

    芝浦工業大学通信工学科, 2017年度, 実習・実験, 兼担

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社会活動 【 表示 / 非表示

  • 平成30年度第7回生徒研究成果合同発表会助言員

    科学技術振興機構スーパーサイエンスハイスクール事業, 平成30年度第7回生徒研究成果合同発表会, 

    2019年02月
  • 平成29年度第6回生徒研究成果合同発表会助言員

    科学技術振興機構スーパーサイエンスハイスクール事業, 平成29年度第6回生徒研究成果合同発表会, 

    2018年02月
  • 平成28年度第5回生徒研究成果合同発表会助言員

    科学技術振興機構スーパーサイエンスハイスクール事業, 平成28年度第5回生徒研究成果合同発表会, 

    2017年02月
  • サイエンスキャッスル2016関東大会口頭講演審査員

    株式会社リバネス, サイエンスキャッスル2016関東大会, 

    2016年12月

所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 情報処理学会, 

    2020年04月
    -
    継続中
  • 日本物理学会, 

    2003年12月
    -
    継続中

委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2021年04月
    -
    継続中

    Journal of the Physical Society of Japan(JPSJ)第77期編集委員

  • 2020年12月
    -
    2021年06月

    Adiabatic Quantum Computing Conference 2021 (AQC2021) local organizer

  • 2020年04月
    -
    継続中

    情報処理学会量子ソフトウェア研究会幹事

  • 2019年11月
    -
    継続中

    量子ICTフォーラム量子コンピューティング技術推進委員会幹事

  • 2018年05月
    -
    2018年12月

    「(戦略プロポーザル)みんなの量子コンピューター〜情報・数理・電子工学と拓く新しいアプリ〜/ CRDS-FY2018-SP-04」(科学技術振興機構研究開発戦略センター)有識者

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