光の極限性能を生かすAIフォトニクス高次機能の創成

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情報技術の根底を支えてきたムーアの法則の終焉が認識され、持続可能なコンピューティングパワーと新機能の実現に向け、光を含めた物理過程の積極利用の重要性が高まっている。本研究は、研究代表者らが世界に先駆けて実現してきたナノ光学や光カオスを用いた意思決定等の光情報処理に関する実績を基盤として、今後の人工知能(AI)の時代に必須の高次情報処理を、光の極限性能を生かして実現する革新的AIフォトニクスを目指す。本年度は、前年度までの成果を踏まえながら、高次機能の創成に向け本研究の基礎となる要素の充実に注力した。（1）前年度において、光の軌道角運動量を活用することにより選択肢数の増大を可能とさせ、さらに量子干渉効果を用いることで競合を回避する新たな原理を提案し数値計算により実証したが（Sci. Rep. 2021）、当該原理をさらに発展させ、個々のエージェントの選好性を充足させつつ競合を回避する確率的意思決定原理を提唱した（Phys. Rev. Applied 2022）。（2）フォトクロミック材料は光によって可逆的に色が変わるというメモリ機能だけでなく、ミクロにおける分子構造の変化がマクロにおける形態変化を引き起こし多様な不連続的形態変化を示す点も特徴であり今後のシステム応用が期待されている。そこで本研究ではツバメの尾のカタストロフィーを用いた統一的モデル理論を提唱するとともに、従来知られていなかったフォトクロミック現象の示唆を与えた（J. Appl. Phys. 2023）。（3）精密時刻同期と光の合成に関しては、実験的基盤の整備を進め、無線系において情報伝達の遅延保証を実現する方式の実証に成功した（IEEE Access 2022）。