2024/10/02 更新

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モリ リュウヘイ
森 立平
MORI Ryuhei
所属
大学院多元数理科学研究科 多元数理科学専攻 高次位相 准教授
大学院担当
大学院多元数理科学研究科
学部担当
理学部 数理学科
職名
准教授
外部リンク

学位 3

  1. 博士(情報学) ( 2013年3月   京都大学 ) 

  2. 修士(情報学) ( 2010年3月   京都大学 ) 

  3. 学士(工学) ( 2008年3月   東京工業大学 ) 

経歴 6

  1. 名古屋大学   大学院多元数理科学研究科   准教授

    2023年4月 - 現在

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  2. 科学技術振興機構   さきがけ研究者 (兼任)

    2018年10月 - 2022年3月

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  3. 東京工業大学   情報理工学院   助教

    2016年4月 - 2023年3月

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  4. 東京工業大学   情報理工学研究科   助教

    2015年1月 - 2016年3月

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  5. 東京工業大学   情報理工学研究科   科学研究費研究員

    2013年4月 - 2014年12月

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  6. 京都大学   情報学研究科   日本学術振興会 特別研究員(DC1)

    2010年4月 - 2013年3月

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学歴 3

  1. 京都大学   情報学研究科   システム科学専攻 博士課程

    2010年4月 - 2013年3月

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  2. 京都大学   情報学研究科   システム科学専攻 修士課程

    2008年4月 - 2010年3月

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  3. 東京工業大学   工学部   情報工学科

    2000年4月 - 2008年3月

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受賞 2

  1. エリクソン・ベスト・スチューデントアワード

    2012年11月   エリクソン・ジャパン  

    森 立平

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  2. 情報理論とその応用学会奨励賞

    2010年12月   情報理論とその応用学会  

    森 立平

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論文 29

  1. Parameterized Quantum Query Algorithms for Graph Problems 査読有り

    Tatsuya Terao, Ryuhei Mori

    Proceedings of 32nd Annual European Symposium on Algorithms (ESA 2024). Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs)   308 巻   頁: 99:1 - 99:16   2024年9月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    DOI: 10.4230/LIPIcs.ESA.2024.99

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  2. Quantum Algorithm for Higher-Order Unconstrained Binary Optimization and MIMO Maximum Likelihood Detection 査読有り

    Masaya Norimoto, Ryuhei Mori, Naoki Ishikawa

    IEEE Transactions on Communications   71 巻 ( 4 ) 頁: 1926 - 1939   2023年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1109/TCOMM.2023.3244924

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  3. Exponential-Time Quantum Algorithms for Graph Coloring Problems 招待有り 査読有り

    Kazuya Shimizu, Ryuhei Mori

    Algorithmica   84 巻 ( 12 ) 頁: 3603 - 3621   2022年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    The fastest known classical algorithm deciding the k-colorability of n-vertex graph requires running time $$\varOmega (2^n)$$ for $$k\ge 5$$. In this work, we present an exponential-space quantum algorithm computing the chromatic number with running time $$O(1.9140^n)$$ using quantum random access memory (QRAM). Our approach is based on Ambainis et al’s quantum dynamic programming with applications of Grover’s search to branching algorithms. We also present a polynomial-space quantum algorithm not using QRAM for the graph 20-coloring problem with running time $$O(1.9575^n)$$. For the polynomial-space quantum algorithm, we essentially develop $$(4-\epsilon )^n$$-time classical algorithms that can be improved quadratically by Grover’s search.

    DOI: 10.1007/s00453-022-00976-2

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s00453-022-00976-2/fulltext.html

  4. Quantum supremacy and hardness of estimating output probabilities of quantum circuits 査読有り 国際共著

    Yasuhiro Kondo, Ryuhei Mori, Ramis Movassagh

    2021 IEEE 62nd Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS)     頁: 1296 - 1307   2022年2月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    DOI: 10.1109/focs52979.2021.00126

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  5. Quantum Speedups for Dynamic Programming on n-Dimensional Lattice Graphs 査読有り 国際共著

    Adam Glos, Martins Kokainis, Ryuhei Mori, Jevgēnijs Vihrovs

    Proceedings of 46th International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS 2021), LIPIcs   202 巻   頁: 50:1 - 50:23   2021年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    DOI: 10.4230/LIPIcs.MFCS.2021.50

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  6. A simple and fast algorithm for computing the N-th term of a linearly recurrent sequence 査読有り

    Alin Bostan, Ryuhei Mori

    Proceedings of SIAM Symposium on Simplicity in Algorithms (SOSA21)     頁: 118 - 132   2021年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

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  7. Exponential-time quantum algorithms for graph coloring problems 査読有り

    Kazuya Shimizu, Ryuhei Mori

    Proceedings of the Latin American Theoretical Informatics (LATIN'20)   12118 巻   頁: 387 - 398   2020年5月

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  8. Periodic Fourier representation of Boolean functions 査読有り

    Ryuhei Mori

    Quantum Information & Computation   19 巻 ( 5-6 ) 頁: 0392 - 0412   2019年5月

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    出版者・発行元:Rinton Press, Incorporated  

    DOI: 10.26421/QIC19.5-6

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  9. Better protocol for XOR game using communication protocol and nonlocal boxes 査読有り

    Ryuhei Mori

    Quantum Information and Computation   17 巻 ( 15&16 ) 頁: 1261 - 1276   2017年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Rinton Press  

    Buhrman showed that an efficient communication protocol implies a reliable XOR game protocol. This idea rederives Linial and Shraibman’s lower bound of randomized and quantum communication complexities, which was derived by using factorization norms, with worse constant factor in much more intuitive way. In this work, we improve and generalize Buhrman’s idea, and obtain a class of lower bounds for randomized communication complexity including an exact Linial and Shraibman’s lower bound as a special case. In the proof, we explicitly construct a protocol for XOR game from a randomized communication protocol by using a concept of nonlocal boxes and Paw lowski et al.’s elegant protocol, which was used for showing the violation of information causality in superquantum theories.

    DOI: 10.26421/qic17.15-16-1

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  10. Sum of squares lower bounds for refuting any CSP 査読有り

    Pravesh K. Kothari, Ryuhei Mori, Ryan O'Donnell, David Witmer

    Proceedings of the Annual ACM Symposium on Theory of Computing   128415 巻   頁: 132 - 145   2017年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Association for Computing Machinery  

    Let P: {0, 1}k → {0,1} be a nontrivial k-ary predicate. Consider a random instance of the constraint satisfaction problem CSP(P) on n variables with An constraints, each being P applied to k randomly chosen literals. Provided the constraint density satisfes Δ ≥≥ 1, such an instance is unsatisfable with high probability. The refutation problem is to efficiently find a proof of unsatisfability. We show that whenever the predicate P supports a t-wise uniform probability distribution on its satisfying assignments, the sum of squares (SOS) algorithm of degree d = Θ(n/Δ2/(t-1)longΔ) (which runs in time nO(d)) cannot refute a random instance of CSP(P). In particular, the polynomial-time SOS algorithm requires Ω(n(t+1)/2) constraints to refute random instances of CSP(P) when P supports a t-wise uniform distribution on its satisfying assignments. Together with recent work of Lee, Raghavendra, Steurer (2015), our result also implies that any polynomial-size semidefinite programming relaxation for refutation requires at least Ω(n(t+1)/2) constraints. More generally, we consider the δ-refutation problem, in which the goal is to certify that at most a (1 - δ)-fraction of constraints can be simultaneously satisfed. We show that if P is δ-close to supporting a t-wise uniform distribution on satisfying assignments, then the degree-Ω(n/Δ2/(t-1)logΔ) SOS algorithm cannot (δ + o(1))- refute a random instance of CSP(P). This is the first result to show a distinction between the degree SOS needs to solve the refutation problem and the degree it needs to solve the harder δ-refutation problem. Our results (which also extend with no change to CSPs over larger alphabets) subsume all previously known lower bounds for semialgebraic refutation of random CSPs. For every constraint predicate P, they give a three-way hardness tradeof between the density of constraints, the SOS degree (hence running time), and the strength of the refutation. By recent algorithmic results of Allen, O'Donnell, Witmer (2015) and Raghavendra, Rao, Schramm (2016), this full three-way tradeof is tight, up to lower-order factors.

    DOI: 10.1145/3055399.3055485

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    その他リンク: http://orcid.org/0000-0001-5474-5145

  11. Three-input majority function as the unique optimal function for the bias amplification using nonlocal boxes 査読有り

    Ryuhei Mori

    PHYSICAL REVIEW A   94 巻 ( 5 ) 頁: 052130   2016年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    Brassard et al. [Phys. Rev. Lett. 96, 250401 (2006)] showed that shared nonlocal boxes with a CHSH (Clauser, Horne, Shimony, and Holt) probability greater than 3+root 6/6 yield trivial communication complexity. There still exists a gap with the maximum CHSH probability 2+root 2/4 achievable by quantum mechanics. It is an interesting open question to determine the exact threshold for the trivial communication complexity. Brassard et al.'s idea is based on recursive bias amplification by the three-input majority function. It was not obvious if another choice of function exhibits stronger bias amplification. We show that the three-input majority function is the unique optimal function, so that one cannot improve the threshold 3+root 6/6 by Brassard et al.'s bias amplification. In this work, protocols for computing the function used for the bias amplification are restricted to be nonadaptive protocols or a particular adaptive protocol inspired by Pawlowski et al.'s protocol for information causality [Nature (London) 461, 1101 (2009)]. We first show an adaptive protocol inspired by Pawlowski et al.'s protocol, and then show that the adaptive protocol improves upon nonadaptive protocols. Finally, we show that the three-input majority function is the unique optimal function for the bias amplification if we apply the adaptive protocol to each step of the bias amplification.

    DOI: 10.1103/PhysRevA.94.052130

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    その他リンク: http://orcid.org/0000-0001-5474-5145

  12. Lower bounds for CSP refutation by SDP hierarchies 査読有り

    Ryuhei Mori, David Witmer

    Approximation, Randomization, and Combinatorial Optimization. Algorithms and Techniques (APPROX/RANDOM 2016)   60 巻   頁: 41:1 - 41:30   2016年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Schloss Dagstuhl- Leibniz-Zentrum fur Informatik GmbH, Dagstuhl Publishing  

    For a k-Ary predicate P, a random instance of CSP(P) with n variables and m constraints is unsatisfiable with high probability when m ≥ O(n). The natural algorithmic task in this regime is refutation: finding a proof that a given random instance is unsatisfiable. Recent work of Allen et al. suggests that the difficulty of refuting CSP(P) using an SDP is determined by a parameter cmplx(P), the smallest t for which there does not exist a t-wise uniform distribution over satisfying assignments to P. In particular they show that random instances of CSP(P) with m ≥ ncmplx(P)/2 can be refuted efficiently using an SDP. In this work, we give evidence that ncmplx(P)/2 constraints are also necessary for refutation using SDPs. Specifically, we show that if P supports a (t-1)-wise uniform distribution over satisfying assignments, then the Sherali-Adams+ and Lovász-Schrijver+ SDP hierarchies cannot refute a random instance of CSP(P) in polynomial time for any m ≤ nt/2-ϵ.

    DOI: 10.4230/LIPIcs.APPROX-RANDOM.2016.41

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  13. Average Shortest Path Length of Graphs of Diameter 3 査読有り

    Nobutaka Shimizu, Ryuhei Mori

    2016 TENTH IEEE/ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON NETWORKS-ON-CHIP (NOCS)     頁: 1 - 6   2016年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    A network topology with low average shortest path length (ASPL) provides efficient data transmission while the number of nodes and the number of links incident to each node are often limited due to physical constraints. In this paper, we consider the construction of low ASPL graphs under these constraints by using stochastic local search (SLS) algorithms. Since the ASPL cannot be calculated efficiently, the ASPL is not suitable for the evaluation function of SLS algorithms. We first derive an equality and bounds for the ASPL of graphs of diameter 3. On the basis of the simplest upper bound of the ASPL, we propose to use 3 Delta + 2 square as the evaluation function for graphs of diameter 3 where Delta and square denote the number of triangles and squares in a graph, respectively. We show that the proposed evaluation function can be evaluated in O(1) time as the number of nodes and the maximum degree tend to infinity by using some data tables. By using the simulated annealing with the proposed evaluation function, we construct low ASPL regular graphs of diameter 3 with 10 000 nodes.

    DOI: 10.1109/NOCS.2016.7579335

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  14. Loop Calculus For Nonbinary Alphabets Using Concepts From Information Geometry 査読有り

    Ryuhei Mori

    IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY   61 巻 ( 4 ) 頁: 1887 - 1904   2015年4月

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    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-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC  

    The Bethe approximation is a well-known approximation of the partition function used in statistical physics. Recently, an equality relating the partition function and its Bethe approximation was obtained for graphical models with binary variables by Chertkov and Chernyak. In this equality, the multiplicative error in the Bethe approximation is represented as a weighted sum over all generalized loops in the graphical model. In this paper, the equality is generalized to graphical models with nonbinary alphabet using concepts from information geometry.

    DOI: 10.1109/TIT.2015.2403239

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  15. Holographic Transformation, Belief Propagation and Loop Calculus for Generalized Probabilistic Theories 査読有り

    Ryuhei Mori

    2015 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY (ISIT)     頁: 1099 - 1103   2015年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    The holographic transformation, belief propagation and loop calculus are generalized to problems in generalized probabilistic theories including quantum mechanics. In this work, the partition function of classical factor graph is represented by an inner product of two high-dimensional vectors both of which can be decomposed to tensor products of low-dimensional vectors. On the representation, the holographic transformation is clearly understood by using adjoint linear maps. Furthermore, on the formulation using inner product, the belief propagation is naturally defined from the derivation of the loop calculus formula. As a consequence, the holographic transformation, the belief propagation and the loop calculus are generalized to measurement problems in quantum mechanics and generalized probabilistic theories.

    DOI: 10.1109/ISIT.2015.7282625

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  16. Source and Channel Polarization Over Finite Fields and Reed–Solomon Matrices 査読有り

    R. Mori, T. Tanaka

    IEEE Transactions on Information Theory   60 巻 ( 5 ) 頁: 2720 - 2736   2014年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1109/TIT.2014.2312181

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  17. Rate-Dependent Analysis of the Asymptotic Behavior of Channel Polarization 査読有り

    S. Hamed Hassani, Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka, Ruediger L. Urbanke

    IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY   59 巻 ( 4 ) 頁: 2267 - 2276   2013年4月

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    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-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC  

    We consider the asymptotic behavior of the polarization process in the large block-length regime when transmission takes place over a binary-input memoryless symmetric channel W. In particular, we study the asymptotics of the cumulative distribution, P(Z(n) <= z), where {Z(n)} is the Bhattacharyya process associated with W, and its dependence on the rate of transmission. On the basis of this result, we characterize the asymptotic behavior, as well as its dependence on the rate, of the block error probability of polar codes using the successive cancellation decoder. This refines the original asymptotic bounds by Arikan and Telatar. Our results apply to general polar codes based on l x l kernel matrices. We also provide asymptotic lower bounds on the block error probability of polar codes using the maximum a posteriori (MAP) decoder. The MAP lower bound and the successive cancellation upper bound coincide when l = 2, but there is a gap for l > 2.

    DOI: 10.1109/TIT.2012.2228295

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  18. Effects of Single-Cycle Structure on Iterative Decoding of Low-Density Parity-Check Codes 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka, Kenta Kasai, Kohichi Sakaniwa

    IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY   59 巻 ( 1 ) 頁: 238 - 253   2013年1月

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    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-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC  

    We consider communication over the binary erasure channel (BEC) using low-density parity-check (LDPC) codes and belief propagation (BP) decoding. For fixed numbers of BP iterations, the bit error probability approaches a limit as the blockength tends to infinity, and the limit is obtained via density evolution. The finite-blocklength correction behaves like alpha(epsilon, t)/n + Theta (n(-2)) as the blocklength tends to infinity where alpha(epsilon, t) denotes a specific constant determined by the code ensemble considered, the number of iterations, and the erasure probability of the BEC. In this paper, we derive a set of recursive formulas which allows the evaluation of the constant alpha(epsilon, t) for standard irregular ensembles. The dominant difference alpha(epsilon, t)/n can be considered as effects of cycle-free and single-cycle structures of local graphs. Furthermore, it is confirmed via numerical simulations that estimation of the bit error probability using alpha(epsilon, t) is accurate even for small blocklengths.

    DOI: 10.1109/TIT.2012.2216252

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  19. Central Approximation in Statistical Physics and Information Theory 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka

    2012 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY PROCEEDINGS (ISIT)     頁: 1652 - 1656   2012年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    In statistical physics and information theory, while asymptotic behavior of the partition function is often of our primary interest, the most of works are dedicated to analysis of the exponent of the partition function. In our previous paper on sparse random factor graph ensembles, we show that the exponent of the expectation of the partition function is represented as the minimum of the Bethe free energy of the small averaged graph by using the method of types. In this paper, we present a general framework to study more precise asymptotic behaviors of the partition function, using the central approximation in conjunction with the method of types.

    DOI: 10.1109/ISIT.2012.6283556

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  20. Connection between Annealed Free Energy and Belief Propagation on Random Factor Graph Ensembles 査読有り

    Ryuhei Mori

    2011 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY PROCEEDINGS (ISIT)     頁: 2010 - 2014   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    Recently, Vontobel showed the relationship between Bethe free energy and annealed free energy for protograph factor graph ensembles. In this paper, annealed free energy of any random regular factor graph ensembles are connected to Bethe free energy. The annealed free energy is expressed as the solution of maximization problem whose stationary condition coincides with equations of belief propagation since the contribution to partition function of particular type of variable and factor nodes has similar form of minus Bethe free energy. It gives simple derivation of quenched free energy by using the replica method. It implies equivalence of the replica and cavity methods for any random irregular factor graph ensembles. As consequence, it is shown that the replica symmetric solution and annealed free energy are equal for regular ensemble.

    DOI: 10.1109/ISIT.2011.6033907

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  21. Near concavity of the growth rate for coupled LDPC chains 査読有り

    S. Hamed Hassani, N. Macris, R. Mori

    2011 IEEE International Symposium on Information Theory Proceedings     頁: 356 - 360   2011年

  22. Channel Polarization on q-ary Discrete Memoryless Channels by Arbitrary Kernels 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka

    2010 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY     頁: 894 - 898   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    A method of channel polarization, proposed by Arikan, allows us to construct efficient capacity-achieving channel codes. In the original work, binary input discrete memoryless channels are considered. A special case of q-ary channel polarization is considered by Sasoglu, Telatar, and Arikan. In this paper, we consider more general channel polarization on q-ary channels. We further show explicit constructions using Reed-Solomon codes, on which asymptotically fast channel polarization is induced.

    DOI: 10.1109/ISIT.2010.5513568

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  23. Non-Binary Polar Codes using Reed-Solomon Codes and Algebraic Geometry Codes 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka

    2010 IEEE INFORMATION THEORY WORKSHOP (ITW)     頁: 1 - 5   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    Polar codes, introduced by Arikan, achieve symmetric capacity of any discrete memoryless channels under low encoding and decoding complexity. Recently, non-binary polar codes have been investigated. In this paper, we calculate error probability of non-binary polar codes constructed on the basis of Reed-Solomon matrices by numerical simulations. It is confirmed that 4-ary polar codes have significantly better performance than binary polar codes on binary-input AWGN channel. We also discuss an interpretation of polar codes in terms of algebraic geometry codes, and further show that polar codes using Hermitian codes have asymptotically good performance.

    DOI: 10.1109/CIG.2010.5592755

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  24. Refined Rate of Channel Polarization 査読有り

    Toshiyuki Tanaka, Ryuhei Mori

    2010 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY     頁: 889 - 893   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    A rate-dependent upper bound of the best achievable block error probability of polar codes with successive-cancellation decoding is derived.

    DOI: 10.1109/ISIT.2010.5513574

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  25. Performance of Polar Codes with the Construction using Density Evolution 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka

    IEEE COMMUNICATIONS LETTERS   13 巻 ( 7 ) 頁: 519 - 521   2009年7月

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    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-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC  

    Polar coding, proposed by Arikan, makes it possible to construct capacity-achieving codes for symmetric binary-input discrete memoryless channels, with low encoding and decoding complexity. Complexity of the originally proposed code construction method, however, grows exponentially in the blocklength unless a channel is the binary erasure channel. Recently, the authors have proposed a new capacity-achieving code construction method with linear complexity in the blocklength for arbitrary symmetric binary-input memoryless channels. In this letter, we evaluate performance of polar codes designed with the new construction method, and compare it with that of the codes constructed with another heuristic method with linear complexity proposed by Arikan.

    DOI: 10.1109/LCOMM.2009.090428

    Web of Science

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  26. Finite-Length Analysis of Irregular Expurgated LDPC Codes under Finite Number of Iterations 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka, Kenta Kasai, Kohichi Sakaniwa

    2009 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY, VOLS 1- 4     頁: 2497 - +   2009年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    Communication over the binary erasure channel (BEC) using low-density parity-check (LDPC) codes and belief propagation (BP) decoding is considered. The average bit error probability of an irregular LDPC code ensemble after a fixed number of iterations converges to a limit, which is calculated via density evolution, as the blocklength n tends to infinity. The difference between the bit error probability with blocklength ii and the large-blocklength limit behaves asymptotically like alpha/n, where the coefficient alpha depends on the ensemble, the number of iterations and the erasure probability of the BEC. In [1], alpha is calculated for regular ensembles. In this paper, alpha for irregular expurgated ensembles is derived. It is demonstrated that convergence of numerical estimates of alpha to the analytic result is significantly fast for irregular unexpurgated ensembles.

    DOI: 10.1109/ISIT.2009.5206063

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  27. Performance and Construction of Polar Codes on Symmetric Binary-Input Memory less Channels 査読有り

    Ryuhei Mori, Toshiyuki Tanaka

    2009 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY, VOLS 1- 4     頁: 1496 - 1500   2009年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    Channel polarization is a method of constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input discrete memoryless channels (B-DMCs) [1]. In the original paper, the construction complexity is exponential in the blocklength. In this paper, a new construction method for arbitrary symmetric binary memoryless channel (B-MC) with linear complexity in the blocklength is proposed. Furthermore, new upper bound and lower bound of the block error probability of polar codes are derived for the BEC and arbitrary symmetric B-MC, respectively.

    DOI: 10.1109/ISIT.2009.5205857

    Web of Science

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  28. Asymptotic Bit Error Probability of LDPC Codes for the Binary Erasure Channel with Finite Number of Iterations 査読有り

    Ryuhei Mori, Kenta Kasai, Tomoharu Shibuya, Kohichi Sakaniwa

    2008 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY PROCEEDINGS, VOLS 1-6     頁: 449 - +   2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    We consider communication over the binary erasure channel (BEC) using low-density parity-check (LDPC) code and belief propagation (BP) decoding. Furthermore, a gap between the bit error probability after finite number of iterations for finite block length n and that for infinite block length is asymptotically alpha/n, where alpha denotes a specific constant determined by a degree distribution, a number of iterations and erasure probability. Our main result is to derive an efficient algorithm for calculating alpha for regular ensembles.

    DOI: 10.1109/ISIT.2008.4595026

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  29. Asymptotic Gaps Between BP Decoding and Local-MAP Decoding For Low-Density Parity-Check Codes 査読有り

    Ryuhei Mori, Kenta Kasai, Tomoharu Shibuya, Kohichi Sakaniwa

    2008 5TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON TURBO CODES AND RELATED TOPICS     頁: 162 - +   2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    In this paper, we consider communication over the binary erasure channel (BEC) using low-density parity-check (LDPC) codes. We consider MAP decoding not using a whole Wanner graph but only a neighborhood graph of fixed depth preferred to as local-MAP decoding for deriving lower bounds of the error probability under message-passing decoding and bit-flipping decoding.
    The main result of this paper is to derive an asymptotic performance for regular ensembles under local-MAP decoding and to derive an asymptotic gap of the bit error probability between belief propagation (BP) and local-MAP decoding for irregular ensembles. Finally, we show the limit of the scaling parameter of these decodings when number of iterations tends to infinity.

    DOI: 10.1109/TURBOCODING.2008.4658691

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講演・口頭発表等 9

  1. Improved robustness of quantum supremacy for random circuit sampling 招待有り

    森 立平

    コンピュテーション研究会  2021年12月3日 

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    開催年月日: 2021年12月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  2. 半正定値緩和手法によるランダム制約充足問題の反駁の限界 招待有り

    森 立平

    コンピュテーション研究会  2017年12月22日 

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    開催年月日: 2017年12月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  3. 線形計画緩和と半正定値計画緩和の階層の統一的な理解 招待有り

    森 立平

    最適化の基盤とフロンティア研究部会 (WOO)  2017年11月4日 

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    開催年月日: 2017年11月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  4. ホログラフィック変換とループ計算 招待有り

    森 立平

    第4回 誤り訂正符号のワークショップ  2015年9月3日 

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    開催年月日: 2015年9月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  5. Introduction to Polar Codes 招待有り

    Ryuhei Mori

    Workshop on Modern Error Correcting Codes  2013年8月30日 

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    開催年月日: 2013年8月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  6. Polar符号とその研究動向 招待有り

    森 立平

    第34回情報理論とその応用シンポジウム  2011年11月30日 

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    開催年月日: 2011年11月 - 2011年12月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  7. Polar符号と通信路分極現象について 招待有り

    森 立平

    電子情報通信学会 総合大会 COMP 学生シンポジウム  2011年3月15日 

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    開催年月日: 2011年3月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  8. 空間結合 LDPC符号の growth rateについて 招待有り

    森 立平

    空間結合符号とその周辺ワークショップ  2011年2月19日 

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    開催年月日: 2011年2月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  9. Polar符号について 招待有り

    森 立平

    情報理論研究会  2010年9月22日 

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    開催年月日: 2010年9月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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科研費 10

  1. グラフ状態の効率的な生成及び活用

    2022年4月 - 2029年3月

    科学技術振興機構  創発的研究支援事業 

    森 立平

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    担当区分:研究代表者 

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  2. 量子計算資源量に制約がある量子計算のための理論基盤

    研究課題/研究課題番号:22H00522  2022年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    谷 誠一郎, 森前 智行, 森 立平, 西村 治道, 七島 幹人

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    担当区分:研究分担者 

    本研究では,「使用可能な量子計算資源量(例:量子メモリ,量子通信)に制約がある」という現実的な状況下において,量子計算の理論基盤を創出する. さらに,その成果を通じて,量子優位性(古典計算機に対する性能優位性)を発揮できる応用分野の開拓,及び,主要な問題に対して量子優位性を担保するために必要な量子計算資源量の明確化を目指す.
    量子計算を使用する上で本質的になると予想される3つの分野(委託量子計算・分散量子計算・単体量子計算)について研究を進めた.
    委託量子計算分野に関しては,セキュリティの基礎となる,一方向性関数,コミットメント,電子署名等に関する成果を得た.具体的には,古典暗号の場合は一方向性関数が最も基礎的な仮定であるが、量子を用いた暗号の場合は必ずしもそうではないことを示した。特に、量子通信をもちいたコミットメント、電子署名について、一方向性関数よりも弱い仮定と考えられている疑似ランダム量子状態を用いて構成した。また、古典では構成方法が知られていない仮定から公開鍵暗号を構成する方法を提示し,さらに,コミットメントの安全性の等価性を示した。
    分散量子計算の分野では,量子非対話型証明および量子対話型証明についてネットワーク上に量子計算機が分散的に存在するような環境(分散的環境)での研究を進めた.分散型量子対話型証明においては通常の分散的でない場合と同様に,一般的なプロトコルを定数ラウンドのプロトコルに変換する方法を示すことができた.また分散型量子非対話型証明においては量子状態生成の検証という新しい文脈で効率的なプロトコルを開発した.
    単体量子計算の分野では,グラフ彩色問題に対する指数時間量子アルゴリズムを開発した。現在知られている最速の古典アルゴリズムは n 頂点グラフの彩色数の計算に Ω(2^n) 時間かかる。本研究では O(1.914^n) 時間の量子アルゴリズムを開発した。また、無線通信における最適化問題を効率的に解く量子アルゴリズムを提案した。さらに,使用可能な量子メモリ量に制限がある場合において,ポストセレクションを任意のタイミングで許しても,計算の最後にのみ許した場合と比べて計算能力に変わりがなく,量子メモリ量の制限が計算能力に本質的に大きな影響を与えることを示す結果を得た.
    各研究項目において,計画していた検討が順調に進んでいるため.
    引き続き3つの主要分野(委託量子計算,分散量子計算,単体量子計算)に対して,組織的かつ分野横断的に研究を進めていくため,必要に応じて,ミーティングを実施するなどして,議論を深めていく.また,量子計算処理を効果的にサポートする古典計算理論の強化も行っていく.さらに,本課題の分担者以外の専門家とも必要に応じて交流・議論を行い,本課題の研究を効率的に推進していく.

  3. 量子アルゴリズムの理論と実装を接続する革新的基盤の創出

    研究課題/研究課題番号:20H05966  2020年11月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    山下 茂, 山本 直樹, ルガル フランソワ, 森 立平, 谷 誠一郎, 西村 治道

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    担当区分:研究分担者 

    量子計算各種モデルにおける計算能力の解析を行う理論的なアプローチと、実際に量子計算機を利用する実践的なアプローチの両面から以下の4項目の研究を行う。
    (A) 既存の量子計算モデルの結果を量子・古典協調の観点から、あるいは「弱い」量子計算モデルの観点から再検討・再構築する。
    (B) 量子計算に起こりうる現実的なエラーを考慮に入れた計算モデルの検討を進める。
    (C) 量子計算の方式に応じて異なる量子回路のモデルを量子・古典協調利用の枠組みの中で検討・評価する。
    (D) 量子計算と古典計算を協調して利用する計算アルゴリズムの能力を解析するための計算モデルを検討・評価する。
    万能量子計算モデルに関する研究として、マルチパーティ計算のモデルにおいて必要な通信量の限界を解析するための簡素なモデルである秘密同時メッセージプロトコルの量子版を導入し、その量子優位性と量子通信計算量の下界を探究し、等価性判定問題やAND関数において、パーティ間のエンタングルメントが通信量を削減することを示した。
    能力が限定された量子計算モデルに関する研究として、量子超越性を持つ量子回路を含む量子回路クラスに対して、出力時に典型的なノイズが発生する条件下では、古典模倣可能である場合があることを示した。
    量子分散計算モデルに関する研究として、様々なグラフ問題に対して、古典のアルゴリズムより高速な量子分散アルゴリズムの構築に成功した。また、通信計算量理論の枠組みにおいて、与えられた二つの確率分布の距離を求める問題をはじめ、いくつかの重要な問題に対して、優位性のある量子プロトコルを開発した。
    量子回路モデルに関する研究として、ランダムな量子回路による計算を古典計算でシミュレートすることの困難性を示唆する結果として、計算量的な仮定のもとで「量子回路の出力確率を加法的誤差 exp(-Ω(m log m)) で近似することができない」ことを示した。ここで、m は量子回路のゲート数である。また、Relative Phase Toffoli Gateのゲートの厳密最小化を線形計画問題で求める定式化を考案し、それを用いることで現在知られているTゲート数が4の実現方法が最適であることを示した。
    実践的な量子計算の利用に関する研究として、変分量子アルゴリズムにおいて、測定回数をあえて少なく取り、測定ゆらぎが明らかに効いてくる状況で、変分量子回路がどれほど効率良く訓練できるかを調べ、局所最適解を効率的に脱出する効果があることを確認した。
    予定している各研究項目でそれぞれ検討が順調に進んでいるため。
    引き続き量子計算の各種のモデルにおける計算能力の解析を行う理論的なアプローチと、実際に量子計算機を利用する実践的なアプローチの両面から様々な項目の研究を進め、将来実現する量子計算機を有効に利用するための計算基盤の構築を目指す。そのために、①万能量子計算モデルに関する研究、 ②能力が限定され た量子計算モデルに関する研究、③測定ベース量子計算モデルに関する研究、④量子分散計算モデルに関する研究、⑤量子回路モデルに関する研究、⑥実践的な 量子計算の利用に関する研究 などの項目に関して新たな知見を得る研究を推進する。

  4. 指数時間量子アルゴリズムの設計

    研究課題/研究課題番号:20H04138  2020年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    森 立平

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:17680000円 ( 直接経費:13600000円 、 間接経費:4080000円 )

    様々な計算困難な問題に対する高速な指数時間量子アルゴリズムを設計する。Grover の量子アルゴリズムは並列的な探索アルゴリズムを加速させることができるが、その一方で「並列に解くことができない問題に対してどのようなアプローチで量子アルゴリズムを設計するべきか」というのは重要な研究課題である。本研究課題では最近 Ambainis らによって提案された手法を発展させ、様々な問題について高速な量子アルゴリズムを設計することを目標とする。またその手法を用いて、現在まで研究されてこなかった量子固定パラメータアルゴリズムの分野を開拓する。
    グラフ彩色問題に対する指数時間量子アルゴリズムを得ることができた。現在知られている最速の古典アルゴリズムは Ω(2^n) 時間で n頂点グラフの彩色数を計算する。本研究では O(1.914^n) 時間で彩色数を計算する量子アルゴリズムを開発した。
    また、無線通信の問題に対して Grover のアルゴリズムを適用する手法を開発した。
    グラフ彩色問題というよく知られている問題に対する量子アルゴリズムを設計することができたため。
    指数時間アルゴリズムだけではなくて、パラメータ固定アルゴリズムにも取り組む予定である。グラフ頂点被覆問題などのグラフの問題にたいして、パラメータ固定アルゴリズムがよく知られているが、量子アルゴリズムで高速化することができるかどうか考える。

  5. 定数時間量子アルゴリズムの設計

    2018年10月 - 2022年3月

    科学技術振興機構  さきがけ 

    森 立平

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  6. 最小記述量の計算困難さの解析

    研究課題/研究課題番号:18H04090  2018年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    渡辺 治, 伊東 利哉, 天野 一幸, 玉置 卓, 森 立平, 平原 秀一, 清水 伸高, 伊東 利哉, 天野 一幸, 玉置 卓, 森 立平, 平原 秀一, 清水 伸高

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    担当区分:研究分担者 

    これまでの研究の中から最小記述量計算問題の計算困難さに関連する様々な結果が出始めてきたが,本年度は,それをさらに進めて,最小記述量計算問題をコルモゴロフ記述量ならびに機械学習可能性(正確にはPAC学習複雑度)と関連付け,それにより,NP問題全般(あるいはもう少し広い多項式時間階層,クラスPH)の平均時複雑度へ関連付ける研究を進めた。その中で得られた結果のうちで主要なものを以下に述べる。
    1.多項式時間階層クラスPHの平均時計算複雑度を小記述長問題の最悪時計算複雑度により特徴づけることに成功した。その結果として,PHに対する困難性増幅定理を得た。たとえば,PHの代表的な問題に対して,その1%の入力が効率的に解けることとPHのすべての問題に対して,その99%の入力が効率的に解けることが同値であることがわかった。
    2.PHの最悪時計算複雑度を平均時計算複雑度に結び付ける重要な手法の一つに,PHの最悪時計算困難性をもとに計算論的暗号素(computationally secure cryptographic primitive)を作り出す手法が考えられる。しかし,そのような手法は,通常の計算論的解析(より正確には,black-box的な並列乱択還元を用いた解析)では不可能であることを示した。その証明においては,PHの構造的困難さ(より正確には密でない集合への還元可能性)について,既存の特徴づけを大幅に改良する特徴づけを与える技法を開発した。
    3.従来の学習の枠組みならびに暗号の枠組みを拡張することにより,(その枠組みの上での)PAC学習困難性と計算論的暗号素の構成可能性間の同値性を示すことができた。なお,これは本研究課題でRAとして雇用している博士課程学生の独自研究である。
    4.3SAT問題に対して,指数関数時間ではあるが(その時点での)世界最速の乱択アルゴリズムを得た。

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  7. 二元フーリエ解析による量子力学の持つ非局所性の操作的意味付け

    研究課題/研究課題番号:17K17711  2017年4月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  若手研究(B)

    森 立平

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3510000円 ( 直接経費:2700000円 、 間接経費:810000円 )

    量子論が持つ非局所性を通信、計算の観点から特徴付けるような研究を実施した。主な研究成果として
    1) XOR ゲームの勝率と通信複雑度の関係: XOR ゲームの勝率と通信複雑度の関係について考察した。具体的には通信プロトコルから XOR ゲームの戦略を構成する方法を示し、通信複雑度とXORゲームの勝率の間に成立する不等式を証明した。
    (2) XOR ゲームに基づいた非適応的測定型量子計算の計算能力: CHSH ゲームに代表される XOR ゲームのプロトコルを分散計算とみなし、任意に与えられた論理関数を計算をするための計算能力を明らかにした。
    量子論の非局所性に関する研究は2022年のノーベル物理学賞にも選ばれた。量子論の非局所性を操作的に意味のある要請から導出することは自然科学としての量子論の礎に関わる非常に重要な研究課題である。本研究では非局所性の強さと古典通信複雑度の間に成立する不等式を導出した。これは非局所性を操作的な視点から理解するという意味で意義がある。また一方で、本研究で研究した非適応的測定型量子計算は定数段の量子回路で記述できるので、近年開発されているノイズが強い量子コンピュータでも実行が比較的容易である。近い将来実現する量子コンピュータで有用な計算をするために意義のある研究だと考えている。

  8. 多面的アプローチの統合による計算限界の解明

    研究課題/研究課題番号:24106001  2012年6月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    渡辺 治, 浅野 孝夫, 茨木 俊秀, 今井 浩, 戸田 誠之助, 丸岡 章, 湊 真一, 牧野 和久, 河原林 健一, 浅野 哲夫, 加藤 直樹, エイビス デビッド, 徳山 豪, 山下 茂, 瀧本 英二, 堀山 貴史, 森 立平, 浅野 孝夫, 茨木 俊秀, 今井 浩, 戸田 誠之助, 丸岡 章, 湊 真一, 牧野 和久, 河原林 健一, 浅野 哲夫, 加藤 直樹, エイビス デビッド, 徳山 豪, 山下 茂, 瀧本 英二, 堀山 貴史, 森 立平

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    担当区分:連携研究者 

    本課題の目的は,計算限界の解明を目指す新学術領域研究の総括班活動である。本領域では,革新的な計算の活用の鍵となる計算の理解の深化のため,計算限界に関する研究を数理科学の多様な観点から行うことを目指した。多様な観点からの研究が力を発揮するには,領域の研究者ならびに世界の研究者との研究連携が必須である。本総括課題では,その研究連携を促進させるため,研究者招聘と活用,研究ワークショップの開催などを実施した。若手育成のために,秋学校や学生勉強会などを実施した。また,国際会議の主催,専門家へのセミナーなど,本領域の成果の公表や波及のための事業を行った。

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  9. 統計力学からの計算限界解明へのアプローチ

    研究課題/研究課題番号:24106008  2012年6月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    渡辺 治, 安藤 映, 伊東 利哉, 小柴 健史, 山本 真基, 森 立平, 樺島 祥介, 福島 孝治, 安藤 映, 伊東 利哉, 小柴 健史, 山本 真基, 森 立平, 樺島 祥介, 福島 孝治, , ,

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    担当区分:研究分担者 

    統計力学的な観点で提案されてきた計算の解析手法や計算に関する問題について,計算論的な観点から検討を行った。その結果,問題例の計算困難さの変化に関して,これまでの枠組みでは捉えられていなかった困難さの変化を明らにすることに成功し,計算困難さの変化を研究するための新しい,より頑健な枠組みを提案した。この結果は,暗号の安全性の基礎にもなる。一方,解の構造の特徴付けや,解の数え上げ問題など,統計力学の基本問題に関しても,効率的アルゴリズムの開発や,その基礎となる知見を得ることができた。

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  10. 通信路分極現象に基づいた誤り訂正符号とその復号法

    2010年4月 - 2013年3月

    日本学術振興会  特別研究員奨励費 

    森 立平

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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担当経験のある科目 (本学以外) 2

  1. 量子計算と量子情報

    2019年 - 2022年 東京工業大学)

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  2. アルゴリズムとデータ構造

    2018年 - 2022年 東京工業大学)

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