量子系は，その状態と測定器の選定の仕方で，確率的な結果が得られるという，少し変わった確率系です．数学的にはエルミート行列を確率変数とした確率論で記述され，線形代数と確率論を融合した代数的確率論（algebraic probability theory）または量子確率論（quantum probability theory）とも呼ばれる一分野になっています．この量子系の制御や状態推定は，行列の積の非可換性が様々な場面で登場し，従来の制御理論・状態推定理論をそのまま用いることができるとは限りません．そのようなシステムに対する推定・制御理論の開発を行っています．

関連発表

• Weichao Liang, Kentaro Ohki, Francesco Ticozzi, "Exploring the Robustness of Stabilizing Controls for Stochastic Quantum Evolutions," SIAM Journal on Control and Optimization, Vol. 63, Iss. 1, 2025, arXiv

• Miguel Casanova, Kentaro Ohki, Francesco Ticozzi, "Finding Quantum Codes via Riemannian Optimization," Quantum Science and Technology, 10 025027, 2025, arXiv 

• Kentaro Ohki "A smoothing theory for open quantum systems: The least mean square approach," Proceedings of the 54th IEEE Conference on Decision and Control (CDC) 2015, arXiv

大規模システムのシミュレーションや制御，状態推定は，計算機の発展してもより大規模なシステムが発見されるため，常に問題となります．本研究室では，とくに動的システムの推定・制御問題に対する本質的なモデル低次元化について，理論をベースとした研究・開発を行います．

関連発表

• Daiki Tsuzuki, Kentaro Ohki, "Global Convergence of Oja's Component Flow for General Square Matrices and Its Applications," arxiv:2510.00801, 2025

• Daiki Tsuzuki, Kentaro Ohki, "Convergence Analysis of Natural Power Method and Its Applications to Control," presented at IFAC World Congress 2026, arXiv

• Miguel Casanova, Kentaro Ohki, Francesco Ticozzi, "Quantum model reduction based on Oja's flow," acceped at Automatica, 2026, arXiv

• Daiki Tsuzuki, Kentaro Ohki, "Low-rank approximated Kalman-Bucy filters using Oja's principal component flow for linear time-invariant systems," IEEE Control Systems Letters, Vol. 8, pp. 1583-1588, 2024, arXiv

• Kentaro Ohki, “On Low-Rank Approximation of Kalman-Bucy Filters for Linear Time-Varying Systems,” Proc. SICE Festival 2026 with Annual Conference, pp. 363-368, 2026, arXiv

次世代計算機として期待されている量子計算機はまだ発展途上で，使えるリソースは限られています．また，仮に万能量子計算機ができたときに，どのような面において制御系設計や状態推定器に恩恵を受けるかは，あまり分かっていません．本研究室では，従来制御系設計においてNP困難と言われてきた問題に再着目し，これらの問題において量子計算機を使うメリットについて検討し，制御問題に特化した使えるアルゴリズムを研究・開発します．

関連発表

• Miguel Casanova, Kentaro Ohki, under review

制御や推定を高精度に行うためには，対象のシステムの数理モデリングが重要です．しかし，対象のシステムの特性（力学的，電気的，機械的，熱的など）を考慮しなければ，精度のよい数理モデルは得られません．これらの知識は本来必要で，必要な知識は「学ぶべき」なのですが，実際問題として複合的な分野を学ぶことは時間もかかり，システムが複雑化していく現代にとっては非常に困難です．このような問題に対し，データのみを使って制御するという「データ駆動制御」が提案されています．このデータ駆動制御は，理想的なデータが取れるかどうかと，そのデータをどのように圧縮して保持するかがポイントになりますが，本研究室ではそれらに対して有用な手法を開発します．（物理法則とはデータを凝縮したものであり，本来無視してよいものではありませんので，教育的には物理モデリングも行います）

関連発表

• 横井亮太, 白倉稜太, 松下勝磨, 神田優斗, 井ノ上響,  都築大樹,  大木健太郎, 量子化出力を持つ柔軟梁に対する安定性保証付きデータ駆動モデル予測制御の実験, 第67回自動制御連合講演会講演論文集, 2024

• 加賀美 秋景, 内田 こころ, 伊藤 彩矢, 山口 湊士, 黒川 啓太, 竹下 和樹, 本渡 拓海, 山岡 晴徳, 大木 健太郎, 周波数領域データ駆動予測制御による外乱除去方法の検討 , 第68回自動制御連合講演会講演論文集, 2025

• 竹下 和樹, 黒川 啓太, 山口 湊士, 伊藤 彩矢, 内田 こころ, 加賀美 秋景, 本渡 拓海, 山岡 晴徳, 大木 健太郎, 周波数領域データ駆動予測制御における計算量削減とロバスト性評価, 第68回自動制御連合講演会講演論文集, 2025

• Kokoro Uchida, Kentaro Ohki, "LASSO-Based Data Reduction for Frequency-Domain Predictive Control of an Electromagnetic Molding Machine," Proceedings of the 10th IEEE Conference on Control Technology and Applications, pp.438-443, 2026

• Kokoro Uchida, Kentaro Ohki, “A case study of intrinsic advantages of frequency domain basis selection in data-driven predictive control: Dictionary learning vs. LASSO,” Proc. SICE Festival 2026 with Annual Conference, pp. 1054-1057, 2026

データ分析，最適化など，上に挙げた研究の周辺分野（数理工学的手法を使ったものが中心です）の研究も行っています．スポーツデータの解析も始めます．

関連発表

• Atsushi Yanagisawa, Kentaro Ohki, "System Identification via Frequency-Domain Gaussian Process Regression for Transfer-Function Estimation," Proceedings of 2026 SICE International Symposium on Control Systems (SICE ISCS), pp. 32-39, 2026

• Ying Wu, Kentaro Ohki, “Adaptive Low-Rank State Estimation for High-Dimensional Nonlinear Dynamic Systems,” Proc. SICE Festival 2026 with Annual Conference, pp. 351 – 356, 2026