領域代表あいさつ
Message from Lead Researcher
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学術変革領域研究(A)令和４年度～令和８年度
「光の極限性能を生かすフォトニックコンピューティングの創成」の発足にあたって
領域代表
東京大学大学院情報理工学系研究科 システム情報学専攻／東京大学工学部計数工学科 成瀬 誠
光は、情報通信社会を支える不可欠な基盤となっていますが、通信や計測だけでなく、コンピューティングにまでその役割が期待されています。情報通信の物量の爆発的な拡大やAIに見られるコンピューティング需要の急増と高度化、グリーントランスフォーメーションに見られる環境性能の潮流などがあり、新たな物理系を活用するコンピューティングが活発に研究され、そのなかで、光とコンピューティングの関わり－フォトニックコンピューティング－が改めて探求されています。光科学や光技術そのものが長足の進化を遂げ、他方で、情報科学も飛躍的進化を遂げ、その交差点に、大きな可能性が生じているとも言えます。
本研究領域では、光とフォトニクスの極限性能という視点から、光とコンピューティングの新たな学術を創成します。今、フォトニックコンピューティングの最前線は、極めてダイナミックに進展しています。AIやBeyond 5Gに見られる応用との強い繋がりを持った光アクセラレーターの研究が発展する一方で、光の多様な特徴ある性質を、情報処理と結節する新たな基礎研究が次々に現れています。このような先端研究の多様性を高いレベルで実現すると同時に、「光とコンピューティング」という研究領域として、領域全体が一丸となった一体性を、本研究領域は追求したいと思います。
本研究領域が基軸とするコンセプトは光の極限性能－Ultimate Nature of Light－です。ここには、①光の限界性能（Physical Limit）のコンピューティングへの活用、②未踏の潜在能力（Potential Capability）の開拓、③光の利活用を阻む構造的限界（Architectural Limit）の克服という３個の意味がありますが、これは、我が国における光とコンピューティングの研究において培われてきた、メカニズム・デバイス・アーキテクチャの具体的な研究の先導性を生かすとともに、公募研究を含め、研究の一層の拡大と充実を目指したコンセプトでもあります。
このような研究の推進には、フォトニックコンピューティング研究において、既存の研究にとらわれず、新たな視点・着想・技術を開拓し、異分野連携を促進する必要があります。実際、フォトニックコンピューティングという分野は、物理・数理・デバイス・材料・メカニズム・アーキテクチャ・アルゴリズム・アプリケーションなどの広範な階層の視点の融合によって拓かれてきた領域と言えます。研究者間の連携に特に力を入れて研究を進めていく予定です。
光コンピューティングの研究は、1980年代前後に極めて活発に行われましたが、当時の研究は、その後急速に衰退したと評されることがありました。しかし、現実には、現在の最先端の研究において、1980年代の研究の考え方や着想は、40年の時を超え、数多く引用されるようになり、むしろ今日において当時の研究の再発見・再評価に至っていると個人的には考えています。先人の努力なくして、今日の発展は有り得ないように思われます。このことは、現在のフォトニックコンピューティングの研究においても、光の極限性能という可能性を、この時代において新たに徹底的に追求することの重要性を非常に強く示唆しているように思います。
本領域研究の発展には、計画研究、公募研究に参加いただく多様な研究者の協力が不可欠です。特に、公募研究に理学・工学・情報学などの様々な分野の研究者が参加し、「光とコンピューティング」、「光と情報」という学術分野が、本邦において広く発展し共有されることを期待しています。また、オープンセミナーやスクールなどのアウトリーチ活動や、諸外国の先端研究者を巻き込んだシンポジウムなども計画していく予定です。本研究領域の発展へのお力添えをどうかよろしくお願いいたします。
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
FY2022 - 2026
Photonic Computing Highlighting Ultimate Nature of Light
Lead Researcher
Makoto Naruse
Department of Information Physics and Computing
Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo
Department of Mathematical Engineering and Information Physics, Faculty of Engineering, The University of Tokyo
Optics and photonics have played critical roles in modern society, ranging from communications to sensing. Furthermore, optics and photonics are recently expected to be utilized in computing to accommodate the explosive expansion of data processing demands in the ever-growing information society. Indeed, novel physics-based computing has been intensively studied to overcome the limitations of conventional computing principles – photon is one of the most important fundamentals. Optical sciences and photonic technologies have evolved significantly over the last decades, while information science and technology are experiencing dramatic revolution and evolution. The intersection of photonics and computing is one of the most exciting research frontiers.
This research initiative funded by Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A) explores photonic computing from the viewpoint of highlighting the ultimate nature of light. The frontier of photonic computing is advancing extremely dynamically these days worldwide. On the one hand, optical hardware accelerators are intensively studied with solid connections to artificial intelligence (AI) and beyond 5G communications applications. On the other hand, novel fundamental research and innovative ideas are emerging that compose various physical properties of light and computing. This initiative tries to develop versatile cutting-edge research perspectives. At the same time, this initiative pursues the unity of the entire area to establish the research area of "photonic computing".
The principal concept of this research area is "Ultimate Nature of Light". This concept has three indications. (1) How to utilize the physical limit of light for computing. (2) Cultivating further potential capability of photons for computing. (3) How to overcome architectural limit that prevents the successful utilization of photons for computing. This concept aims further expand and enhance photonic computing research while emphasizing the unique physical attribute of photons and developing original perspectives and insights. In the meantime, the concept reflects the leadership of recent related works in mechanisms, devices, and architectures of photonic computing research conducted in Japan.
In order to promote such research, it is necessary to open up new perspectives, ideas, and technologies and promote interdisciplinary collaboration in photonic computing research without being bound by existing research. Indeed, photonic computing has advanced through the interplays of versatile scientific disciplines ranging from physics, devices, mechanisms, architectures, algorithms, and applications. We plan to promote research with a particular emphasis on collaboration among researchers.
Research on optical computing was very active in the 1980s. It has been said, though, that the research at that time declined rapidly. However, the research frontier nowadays appreciates the ideas and the approaches of the research conducted in the 1980's. Indeed, the papers in the 1980s have been cited many times these days, after 40 years. Today's development of photonic computing would not have been possible without the efforts of our predecessors. Such a historical view strongly suggests the critical importance of thoroughly pursuing the possibility of photonic computing by examining the ultimate nature of light.
For the development of this research area, the cooperation of a wide variety of researchers who participate in both planned and open research is indispensable. In particular, we hope that researchers from various science, engineering, and informatics will participate in the open call for research and the research field of "photonic computing" and "photon and information" will be widely developed and shared in Japan. We also plan to conduct various outreach activities such as open seminars and schools, as well as symposia and workshops involving cutting-edge researchers from other countries.
We look forward to your support for the development of this research area.