スーパーコンピュータ「富岳」と量子コンピュータ「叡」の連携利用を実証
理化学研究所（理研）計算科学研究センター（R-CCS）量子HPC連携プラットフォーム部門 佐藤 三久 部門長、量子HPCソフトウェア環境開発ユニット 辻美 和子 ユニットリーダー、量子コンピュータ研究センター（RQC）中村 泰信 センター長、萬 伸一 副センター長、大阪大学 量子情報・量子生命研究センター（QIQB）北川 勝浩 センター長、藤井 啓祐 副センター長、根来 誠 副センター長らの共同研究グループは、最先端研究プラットフォーム連携（TRIP）[1]構想の一環として進める計算可能領域の拡張に向け、スーパーコンピュータ「富岳」[2]と量子コンピュータ「叡（えい）」[3]の連携利用を実証し、原理の異なるコンピュータ間の連携利用によって計算可能領域が拡大する可能性を示しました。 本成果を生かし、量子コンピュータとスーパーコンピュータの連携による最先端の計算環境の実現に寄与し、今後の科学技
行列推定の統計手法の数理
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター統計数理研究ユニットの松⽥孟留ユニットリーダーらの国際共同研究チームは、データをもとに未知の量を推定する統計学の問題において、ベクトル[1]の推定で知られている古典的な結果を行列[2]の推定に一般化しました。 本研究成果は、データの背後に潜む構造を捉えて解析する統計手法の開発に貢献すると期待できます。 データをもとに未知の量を推定することは統計学の基本的な問題であり、さまざまな推定方法が研究されています。ベクトルの推定において、標準的な推定方法である最尤（さいゆう）推定[3]よりも精度の良い「縮小推定[4]」という方法が知られています。一方で、複数の変数を同時に解析する状況では未知の量が行列の構造を持ちますが、行列の縮小推定についてはベクトルに比べて未解明な点が多く残されています。 今回、国際共同研究チームは「行列二乗損失[5]」と「行列優調和性[
進化・生態ダイナミクスの共通法則
理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター生体非平衡物理学理研白眉研究チームの足立景亮基礎科学特別研究員（数理創造プログラム基礎科学特別研究員）、理研数理創造プログラムの入谷亮介研究員、濱崎立資上級研究員（開拓研究本部濱崎非平衡量子統計力学理研白眉研究チーム理研白眉研究チームリーダー）の研究チームは、情報理論・統計物理学[1]の手法を用いることで、進化・生態系の個体群ダイナミクス[2]を扱う理論モデルにおいて幅広く成り立つ関係式を提案しました。 本研究成果は、進化や生態系における複雑な個体数の時間的変化を統一的枠組みによって理解することにつながると期待できます。 個体ないし遺伝子に係る自然選択や遺伝子の突然変異に伴う進化、および個体間の捕食・被食や競合関係を伴う生態系では、個体数の時間的変化（個体群ダイナミクス）が起こります。一般に、進化や生態系の個体群ダイナミクスは複雑であり、個体間の
細胞の追いかけっこが波を作る
理化学研究所（理研）生命機能科学研究センターフィジカルバイオロジー研究チームの柴田達夫チームリーダー、早川雅之研究員、シンガポール国立大学メカノバイオロジー研究所の平岩徹也特別研究員（MBI Fellow）、筑波大学生命環境系の桑山秀一准教授らの国際共同研究グループは、「密度波[1]」として現れる細胞性粘菌[2]細胞の集団運動が、「接触追随[3]（Contact following locomotion）」という一過性の単純な細胞間相互作用により引き起こされることを明らかにしました。 接触追随は哺乳類細胞でも観察される現象であり、本研究成果は、多細胞生物の形態形成における細胞の複雑な集団運動の解明に貢献すると期待できます。 真核生物である細胞性粘菌は、単細胞期と多細胞期の生活環を持っています。化学物質の濃度勾配に沿って移動する走化性[4]に従って、一つ一つの細胞が集合し、多細胞体制を形成す
幾何学による「流れ」の統一 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）理論科学連携研究推進グループ 分野横断型計算科学連携研究チームの本郷優基礎科学特別研究員は、流体中に生じる「流れ」を記述する量子論的枠組みを構築し、「曲がった時空」という幾何学の言葉によって統一的に記述できることを明らかにしました。 私たちの身の回りでみられる水や空気などの物質状態は、まとめて「流体」と呼ぶことができます。この流体というものの見方は、水や空気をミクロな視点からみるのではなく、それらを構成している原子・分子を大ざっぱに眺めるというマクロな視点に立っており、「流体力学」で記述されます。一方、ミクロな視点を極限まで追究していくと、物質を構成する最小単位の素粒子で表される「量子論」で記述されるようになります。このマクロな見方とミクロな見方の関係を明らかにする研究は、20世紀初頭に物理学者ボルツマンによって始められました。そしてミクロな量子論に基づいてマクロ
ゴルジ体形成過程の再現 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）望月理論生物研究室の立川正志研究員（理論科学連携研究推進グループ連携研究員、数理創造プログラム研究員）と望月敦史主任研究員（理論科学連携研究推進グループ階層縦断型理論生物学研究チーム チームリーダー、数理創造プログラム副プログラムディレクター）の研究チームは、ゴルジ体再集合ダイナミクス[1]を物理に基づいたコンピューターシミュレーションにより再現し、ゴルジ体[2]形成の新モデルを示しました。 ゴルジ体は真核細胞が持つ重要な細胞小器官（オルガネラ）[3]の一つで、細胞内で分子を輸送する膜交通システムの配送センターとして機能しています。ゴルジ体は脂質膜[4]でできた扁平な袋状の槽が積み重なった特徴的な形態をしており、この形態がゴルジ体の持つ細胞機能と深く結びついていると考えられています。しかしゴルジ体はとても小さいため、形態の変形ダイナミクスを直接ライブ観察することが
式が書ければ「京」が使える | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）計算科学研究機構コデザイン推進チームの村主崇行特別研究員らと、千葉大学の堀田英之特任助教、神戸大学の牧野淳一郎教授、京都大学の細野七月特任助教、富士通株式会社の井上晃マネージャーらの共同研究グループ※は、スーパーコンピュータ「京（けい）」[1]を用いて、数式のような簡潔な指示を書くだけでスーパーコンピュータでの計算に必要となる高度なプログラムを自動生成できるプログラミング言語「Formura」を開発しました。 スーパーコンピュータでの計算に必要となるプログラムはときに数十万行にも及び、作成やチューニングは大変困難です。一方で、原理的にはシミュレーションしたい自然現象とその離散化法[2]を指定すれば、プログラムは機械的に生成できます。しかし、プログラミングはシミュレーションとコンピュータ双方に深い知識が必要となる非常に高度な作業であり、多数の計算機を協調して動作させ
乱雑さを決める時間の対称性を発見 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）理論科学連携研究推進グループ分野横断型計算科学連携研究チームの横倉祐貴基礎科学特別研究員と京都大学大学院理学研究科物理学宇宙物理学専攻の佐々真一教授の共同研究チームは、物質を構成する粒子の“乱雑さ”を決める時間の対称性[1]を発見しました。 乱雑さは、「エントロピー[2]」と呼ばれる量によって表わされます。エントロピーはマクロな物質の性質をつかさどる量として19世紀中頃に見い出され、その後、さまざまな分野に広がりました。20世紀初頭には、物理学者のボルツマン、ギブス、アインシュタインらの理論を踏まえて「多数のミクロな粒子を含んだ断熱容器の体積が非常にゆっくり変化する場合、乱雑さは一定に保たれ、エントロピーは変化しない」という性質が議論されました。同じ頃、数学者のネーターによって「対称性がある場合、時間変化のもとで一定に保たれる量（保存量）が存在する」という定理が証
電気で生きる微生物を初めて特定 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所環境資源科学研究センター生体機能触媒研究チームの中村龍平チームリーダー、石居拓己研修生（研究当時）、東京大学大学院工学系研究科の橋本和仁教授らの共同研究チームは、電気エネルギーを直接利用して生きる微生物を初めて特定し、その代謝反応の検出に成功しました。 一部の生物は、生命の維持に必要な栄養分を自ら合成します。栄養分を作るにはエネルギーが必要です。例えば植物は、太陽光をエネルギーとして二酸化炭素からデンプンを合成します。一方、太陽光が届かない環境においては、化学合成生物と呼ばれる水素や硫黄などの化学物質のエネルギーを利用する生物が存在します。二酸化炭素から栄養分を作り出す生物は、これまで光合成か化学合成のどちらか用いていると考えられてきました。 共同研究チームは、2010年に太陽光が届かない深海熱水環境に電気を非常によく通す岩石が豊富に存在することを見出しました。そして、電
404 Not Found | 理化学研究所
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「京」を使い世界最高速の固有値計算に成功 | 理化学研究所
ポイント 「京」の全計算プロセッサを利用した世界最大規模の固有値計算に成功 半導体や新材料の開発などのシミュレーションがより大規模化・高速計算が可能に 大規模シミュレーションを実現するソフトウエア「EigenExa」を公開 要旨 理化学研究所（理研、野依良治理事長）は、大規模コンピュータシミュレーションや、ビッグデータにおけるデータ相関関係の解析などに必要な行列[1]の固有値を高速で計算できるソフトウエア「EigenExa（アイゲンエクサ）」を開発しました。EigenExaを用い、スーパーコンピュータ「京」[2]で100万×100万の行列での固有値計算を行った結果、これまで１週間程度必要だと考えられていた計算を、わずか1時間で計算することに成功しました。これは、理研計算科学研究機構（平尾公彦機構長）大規模並列数値計算技術研究チーム（今村俊幸チームリーダー）を中心とする研究チームによる成果で
水の表面分子構造の謎を分子レベルで解明 | 理化学研究所
ポイント 独自開発した最先端の分光計測法と新しいモデルによる理論計算が完全に一致 水の表面は活発で乱雑な構造、強い水素結合で結ばれた水分子のペアが存在 界面研究に画期的な知見を与え、大気環境科学や医療分野に新しい指針 要旨 独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、表面・界面に存在する分子を選択的に計測できる最先端の分光計測法と新しいモデルによる分子動力学シミュレーションを用いて、水の表面構造の謎を分子レベルで明らかにし、世界的論争に決着をつけました。これは、理研基幹研究所（玉尾皓平所長）田原分子分光研究室の二本柳聡史研究員と山口祥一専任研究員、田原太平主任研究員らによる実験と、東北大学大学院理学研究科化学専攻の石山達也助教と森田明弘教授らによる理論計算を組み合わせた共同研究の成果です。 水は地球上のいたる所に存在する液体で、生命にとってもっとも重要な物質です。長年にわたってさまざまな
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