2025/03/26 更新

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ハヤシ マサヒト
林 正人
HAYASHI Masahito
所属
大学院多元数理科学研究科 多元数理科学専攻 数理解析 教授
大学院担当
大学院多元数理科学研究科
学部担当
理学部
職名
教授
外部リンク

学位 1

  1. 博士(理学) ( 1999年3月   京都大学 ) 

研究キーワード 2

  1. 量子情報

  2. 量子情報

研究分野 1

  1. 情報通信 / 情報学基礎論

経歴 2

  1. 国立シンガポール大学 量子技術研究センター 客員研究教授

    2012年9月 - 現在

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    国名:シンガポール共和国

  2. 東北大学 大学院情報科学研究科 情報基礎科学専攻   准教授

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学歴 1

  1. 京都大学   理学研究科   数学・数理解析専攻

    - 1999年

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    国名: 日本国

    researchmap

所属学協会 7

  1. Institute of Mathematical Statistics   fellow

    2021年5月 - 現在

  2. IEEE   Fellow

    2006年 - 現在

  3. Asia Pacic Artificial Intelligence Association   fellow

    2022年6月 - 現在

  4. 日本数学会

  5. 電子情報通信学会

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委員歴 1

  1. ICQNM 2012, The Sixth International Conference on Quantum, Nano and Micro Technologies Program Committee member  

    2012年   

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受賞 7

  1. 2011 IEEE Information Theory Society Paper Award

    2011年8月   IEEE Information Theory Society  

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    受賞国:日本国

  2. 第24回日本IBM科学賞コンピューター・サイエンス分野

    2010年11月   日本アイ・ビー・エム株式会社  

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    受賞国:日本国

  3. Fellow of Institute of Mathematical Statistics

    2022年4月   Institute of Mathematical Statistics   Fellow of Institute of Mathematical Statistics

    Masahito Hayashi

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:アメリカ合衆国

    For deep and influential contributions to quantum statistics and quantum information theory.

  4. IEEE Fellow

    2017年1月   IEEE   contributions to Shannon theory, information-theoretic security, and quantum information theory

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    受賞国:アメリカ合衆国

  5. 日本学術振興会賞

    2016年1月   日本学術振興会    有限符号長の情報理論及び量子情報理論の研究

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    受賞国:日本国

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論文 388

  1. Quantum state estimation with nuisance parameters (vol 53, 453001, 2020) 招待有り 査読有り 国際共著

    Suzuki, J; Yang, YX; Hayashi, M

    JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND THEORETICAL   57 巻 ( 12 )   2024年3月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1088/1751-8121/ad2f10

    Web of Science

  2. Tight Cramer-Rao type bounds for multiparameter quantum metrology through conic programming 査読有り 国際共著

    Hayashi, M; Ouyang, YK

    QUANTUM   7 巻   2023年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Web of Science

  3. Tight Exponential Analysis for Smoothing the Max-Relative Entropy and for Quantum Privacy Amplification 査読有り 国際共著 国際誌

    K. Li, Y. Yao, and M. Hayashi

    IEEE Transactions on Information Theory   69 巻 ( 3 ) 頁: 1680 - 1694   2023年3月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IEEE  

  4. Analytical algorithm for capacities of classical and classical-quantum channels,” 査読有り 国際誌

    M. Hayashi

    IEEE Transactions on Information Theory   69 巻 ( 3 ) 頁: 885 - 898   2023年3月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IEEE  

  5. Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure 査読有り 国際共著 国際誌

    H. Arai and M. Hayashi

    New Journal of Physics   25 巻   頁: 023009   2023年2月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IOP Publishing  

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書籍等出版物 9

  1. Group representation for quantum theory

    ( 担当: 単著)

    Springer  2017年  ( ISBN:9783319449043

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

    CiNii Books

  2. A group theoretic approach to quantum information

    ( 担当: 単著)

    Springer  2017年  ( ISBN:9783319452395

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

    CiNii Books

  3. Quantum information theory : mathematical foundation

    林 正人(量子情報理論)( 担当: 単著)

    Springer  2017年  ( ISBN:9783662570326

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

    CiNii Books

  4. Introduction to quantum information science

    ( 担当: 共著)

    Springer  2015年  ( ISBN:9783662435014

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

    CiNii Books

  5. 量子論のための表現論

    林 正人(量子情報理論)( 担当: 単著)

    共立出版  2014年  ( ISBN:9784320110786

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    記述言語:日本語 著書種別:学術書

    CiNii Books

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講演・口頭発表等 271

  1. Special functions in quantum statistical estimation 招待有り 国際会議

    Masahito Hayashi

    International Symposium on Orthogonal Polynomials, Special Functions and Applications (OPSFA)  2022年6月13日  University of Montreal

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    開催年月日: 2022年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地: Montreal   国名:カナダ  

  2. Estimation of quantum state and quantum channel 招待有り 国際共著 国際会議

    Hayashi M.

    Bernoulli

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    開催年月日: 2021年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  3. Generalized Quantum Stein's Lemma and Second Law of Quantum Resource Theories 招待有り 国際共著 国際会議

    Masahito Hayashi

    Quantum Resources 2025  2025年3月19日 

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    開催年月日: 2025年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:済州島   国名:大韓民国  

  4. Generalized Quantum Stein's Lemma and Second Law of Quantum Resource Theories 国際共著 国際会議

    Masahito Hayashi

    Quantum Information Processing 2025 (QIP2025)  2025年2月25日 

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    開催年月日: 2025年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(基調)  

    開催地:North Carolina   国名:アメリカ合衆国  

  5. Generalized Quantum Stein's Lemma and Second Law of Quantum Resource Theories 招待有り 国際共著 国際会議

    Masahito Hayashi

    100 Years of Matrix Mechanics” International Symposium  2025年1月13日  Tsinghua Sanya International Mathematics Forum (TSIMF)

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    開催年月日: 2025年1月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:海南島   国名:中華人民共和国  

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Works(作品等) 1

  1. セキュアフォトニックネットワーク技術の研究開発

    2011年
    -
    2016年

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科研費 11

  1. 計算コストを考慮した有限長理論

    研究課題/研究課題番号:17H01280  2017年4月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    林 正人, 岡田 聡一, 和田山 正

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:41990000円 ( 直接経費:32300000円 、 間接経費:9690000円 )

    本年度は,双方型の盗聴通信路について扱った.特に,ガウスノイズ型の通信路とポアソン分布型の通信路の2つの場合について扱った.従来型の盗聴通信路では,盗聴者と送信者の間の相互情報量が正規受信者と送信者の間の相互情報量より小さいことが必要であった.そのため,盗聴者が正規受信者と送信者の間で盗聴する中間者攻撃(man-in-the-middle attack)の下では安全者通信ができない問題点があった.本研究では,正規受信者と送信者が双方向の通信を行うことにより,中間者攻撃の下でも安全な通信が可能となることを示した.
    なお,多くの双方型の盗聴通信路では,多くのラウンドを想定しているが,本研究では1往復の通信しか行わない.さらに,本研究のモデルでは,往路の通信のみ,ノイズのある通信路を考え,復路では誤り訂正を付加すること想定して,ノイズのない通信路を想定している.そのため,きわめて単純な解析が可能となる.このような議論は,2元対称通信の場合にはすでになされていたが,衛星通信などに現れるガウスノイズ型の通信路やポアソン分布型の通信路ではなされておらず,これらの通信路での双方型の盗聴通信路は初めてである.なお,ガウスノイズ型の通信路では,BPSK変調の下で解析した.ポアソン分布型の通信路ではon-off keying 変調の下で解析を行った.なお,本研究で想定している盗聴者の攻撃はあくまでも受動的なものであり,能動的に送信者から正規受信者への通信を改変するものではない.能動的な盗聴者に対しては,より複雑な解析が必要となる.解析した.ポアソン分布型の通信路ではon-off keying 変調の下で解析を行った.
    本年度は,双方型の盗聴通信路について扱ったが,この成果は,通信関係の分野で著名な論文誌であるIEEE Transactions on CommunicationsとIEEE Transactions on Information Forensics and Securityに掲載された.さらに,昨年度得られた計算-転送方式に関する成果もIEEE Transactions on Communicationsに掲載されるなど,本研究の成果は国際的に高く評価されていることがわかる.そのほか,ネットワーク符号に関する成果もIEEE Transactions on Information Theoryに掲載されており,これらのことから総合的におおむね順調に進展していると判断することができる.
    2020年4月1日より,名古屋大学を休職し,中国の南方科技大学で勤務するため,科研費の研究中断・再開制度を利用し,この科研費を2020年度から中断することになった.そのため,この科研費の再開は名古屋大学に復職した後となる.しばらく,研究が中断されるため,再開後の研究は,休職期間中に得られた知見を反映したものとなるため,現時点で具体的な推進方策を記述することは困難である.
    敢えて述べるとすると,再開後の研究環境が変化していると予想されるが,そのような中でも,可能な限り新たな通信タスクについて,研究することが望ましいと考えられる.そのために,休職期間中には,新たな通信タスクに関して知見を得るために常にアンテナを張っておく予定である.

  2. 隠れマルコフ過程への情報幾何的アプローチ

    研究課題/研究課題番号:16KT0017  2016年7月 - 2020年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    林 正人

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18330000円 ( 直接経費:14100000円 、 間接経費:4230000円 )

    隠れマルコフ過程では,可視変数と潜在変数があり,可視変数のみが観測できる.本研究では,可視変数についてのk次までの記憶に基づく,可視変数についてのk次確率遷移行列に注目した.そして,可視変数についてのk次確率遷移行列から潜在変数と可視変数に関する遷移行列を推定する方法を与えた.具体的には,k次確率遷移行列からなる空間の幾何構造に注目し,その幾何構造に関するemアルゴリズムを適用する方法を提案した.そして,その提案手法での推定誤差の漸近的振る舞いについて明らかにした.隠れマルコフ過程を確率遷移行列で表す際に現れる同値性問題について,節空間のレベルで同値性がどのように記述されるか明らかにした.
    隠れマルコフ過程は様々な現象に現れる数理モデルである.そのため,このモデルについて,解析し,研究することは極めて重要である.例えば,脳磁気図検査(MEG)の観測データは隠れマルコフ過程とみなすことができる.なぜなら,脳内の電気的活動である神経内の電流はマルコフ過程とみなすことはできるが,脳磁気図検査(MEG)によって直接計測できる磁場は,この電流を反映した確率過程であるため,隠れマルコフ過程に従うことになる.
    本研究ではこのようなモデルに対する隠れマルコフ過程の応用についても研究した.

  3. 量子ネットワーク上の長距離秘密鍵配送 国際共著

    研究課題/研究課題番号:16K00014  2016年4月 - 2019年3月

    科研費 基盤C 

    尾張 正樹

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    担当区分:研究分担者  資金種別:競争的資金

    本研究では、量子ネットワーク上における秘匿通信に関する研究を行った。特に、既存技術であるノード間の量子鍵配送を用いた秘密鍵共有を補完するために、量子ネットワークの安全性を向上させるために、ネットワーク符号を用いる手法の開発を試みた。結果として、single-shotのマルチプルユニキャスト通信において、量子ネットワーク符号が、量子ネットワーク上の与えられたエッジに対するEveの攻撃に対して秘匿性を持つための十分条件を明らかにした。また、ノード間の量子鍵配送を用いて鍵のリレーを行う場合に、ノードの乗っ取り攻撃に対する安全性を古典ネットワーク符号を用いて向上させる手法の開発を行った。
    従来技術である量子鍵配送プロトコル(QKD)は、非常に強い安全性を保障するが、送受信者間で何度の通信を行う必要があるなど、コストの非常に高いプロトコルである。一方で、本研究で開発した手法を用いるとは、QKDよりも低いコストで、QKDよりも弱い安全性を得ることができる。また、本研究で開発した手法は、非物理層に属するプロトコルであるため、物理層のプロトコルであるQKDと同時に用いることで共存可能であるという特徴も持つ。このように、本研究結果は、従来手法であるQKDを補完する手法として、将来の量子ネットワークの安全性に寄与すると考えられる。

  4. マルチユーザ型量子ネットワーク(国際共同研究強化)

    研究課題/研究課題番号:15KK0007  2016年 - 2019年

    科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)

    林 正人

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:11700000円 ( 直接経費:9000000円 、 間接経費:2700000円 )

    本研究では,マルチユーザ型量子ネットワークの知見をもとに,自己精度保証が可能となる量子計算の研究を行った.このために,グラフ状態やハイパーグラフ状態などの巨大なエンタングル状態と局所測定の組み合わせで実現可能な測定型量子計算に注目した.そして,グラフ状態やハイパーグラフ状態などの純粋状態の検証について,様々な設定で研究を行った.特に,量子計算の自己精度保証のために,グラフ状態の特殊例である三角格子型クラスター状態の自己検証の方法を提案し,これを用いて,自己精度保証が可能となる量子計算の方法を提案した.
    近年、量子計算に関する研究の機運が高まっている.しかし,量子計算はノイズに弱いため,正しく所望の動作が物理的になされているか検証する必要がある.一般に,得られた計算結果だけから,その正しさを検証することは困難である.しかし,測定型量子計算の場合,その計算プロセスは,局所操作と形が決まっている巨大なエンタングル状態の組み合わせで得られる.したがって,局所操作と巨大なエンタングル状態の双方について検証を行えば,検証が可能となる.このような方法で検証を行うことで,量子計算の計算結果の信頼性を保証することができる.

  5. 高階偏微分方程式の新種の整数型高確度解法

    研究課題/研究課題番号:25600157  2013年4月 - 2017年3月

    坂口 文則

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    担当区分:連携研究者 

    整数の加減乗除の四則演算のみを用いて、物理学・工学・経済学などで重要な役割を果たす偏微分方程式を非常に高い精度で解く新しい手法の提案と実装を試みた。これは、すでに研究代表者によって提案されている常微分方程式の同様の整数型の解法を、離散数学的手法により、偏微分方程式に拡張したものである。
    研究期間内にすべて完全に完成するには至らない点があったが、副産物として、この解法に関して、微分積分分野のこの数値解法が古典整数論と深く関係しているとことなど、多くの数学的に興味深い知見が得られ、あらたな展望が生まれた。

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産業財産権 5

  1. 秘密通信方法及びその秘密通信装置

    林正人

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    出願番号:2008-526708  出願日:2007年6月

    公開番号:W02008/013008 

    特許番号/登録番号:4885960  登録日:2011年12月 

    出願国:国内  

  2. 秘密通信方法及びその秘密通信装置

    林正人

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    出願番号:2657729  出願日:2007年6月

    特許番号/登録番号:2657729  登録日:2013年2月 

    出願国:外国  

  3. 秘密通信方法及びその秘密通信装置

    林正人

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    出願番号:1111098.8  出願日:2007年6月

    特許番号/登録番号:GB2479288B  登録日:2012年3月 

    出願国:外国  

  4. 秘密通信方法及びその秘密通信装置

    林正人

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    出願番号:0900546.3  出願日:2007年6月

    特許番号/登録番号:GB2453471B  登録日:2012年3月 

    出願国:外国  

  5. 秘密通信方法及びその秘密通信装置

    林正人

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    出願番号:12/374227  出願日:2007年6月

    特許番号/登録番号:US8239680B2  登録日:2012年8月 

    出願国:外国  

 

担当経験のある科目 (本学) 3

  1. 数理科学展望Ⅰ

    2022

  2. 数理科学展望Ⅰ

    2021

  3. 数理科学展望Ⅰ

    2020

担当経験のある科目 (本学以外) 1

  1. 数理科学特別講義XIV

    2021年5月 九州大学)

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    科目区分:大学院専門科目  国名:日本国

 

社会貢献活動 2

  1. 日本数学コンクール運営委員会委員

    役割:企画

    日本数学コンクール運営委員会  日本数学コンクール  2021年4月 - 現在

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    対象: 中学生, 高校生

    種別:フェスティバル

    中学生、高校生を対象にした日本数学コンクールの実施

  2. 日本数学コンクール実行委員会委員

    役割:運営参加・支援

    日本数学コンクール実行委員会  日本数学コンクール  2021年4月 - 現在

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    対象: 中学生, 高校生

    種別:フェスティバル

    中学生、高校生を対象にした日本数学コンクールの実施

学術貢献活動 11

  1. External Reviewer for SNSF Quantum transitional call 2022, 国際学術貢献

    役割:査読

    Swiss National Science Foundation,  2022年

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    種別:査読等 

  2. External Reviewer for Marie Sklodowska Curie COFUND Fellowships 国際学術貢献

    役割:査読

    University of Freiburg  2022年

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    種別:査読等 

  3. Guest Editor, Frontiers in Physics, Special Issue Quantum Entanglement in Mathematics, Physics, and Information 国際学術貢献

    Frontiers Media  2021年 - 2022年

  4. External Reviewer of ECE department at the Indian Institute of Science (IISc)

    役割:審査・評価

    ECE department at the Indian Institute of Science (IISc),  2021年

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    種別:審査・学術的助言 

  5. External Reviewer of Austrian Science Fund (FWF) START Programme.

    役割:査読

    Austrian Science Fund (FWF) START Programme.  2021年

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    種別:査読等 

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