2022/09/09
京都大学
早稲田大学
庆应义塾大学
京都大学大学院工学研究科の野田進 教授、井上卓也 同助教、庆应义塾大学理工学部の田中宗 准教授、庆应义塾大学大学院理工学研究科の関優也 特任講師、早稲田大学理工学術院の戸川望 教授らの共同研究グループは、高出力かつ高ビーム品質で動作可能という特長を有する次世代半導体レーザー「フォトニック結晶レーザー」の設計において、量子アニーリングによる組合せ最適化手法を適用することにより、従来設計と比較して、レーザーの性能を飛躍的に向上可能な新設計を見出すことに成功しました。本成果は、これまで限られた問題への適用が中心的であった量子計算技術が、製造分野における、製品設計や生産工程の最適化問題に対しても広く適用出来る可能性を示唆するものであり、スマート製造分野の発展に向けた重要な一歩であるといえます。
现在、ものづくりの分野においては、生产性の向上と大幅なコスト削减を目指して、础滨やロボットの活用により、製品设计から製造プロセスに至る全ての工程を自动化?最适化する「スマート製造」の実现に向けた取り组みが盛んに行われています。しかしながら、製造分野の最适化问题においては、考虑すべき物理的な设计変数が非常に多いため、现実的な时间内に全てのパラメータを最适化することは、一般的には困难です。このような多くの设计変数をもつ最适化问题の解决に适した手法として、量子アニーリングが近年注目を集めており、配送ルートや人员シフトの最适化等の一部の问题に対しては、既にその有用性が実証されつつあります。しかしながら、製品设计や製造プロセスの最适化等、复雑な物理现象を伴う问题に対しては、量子アニーリングの适用例は少なく、スマート製造分野への适用可能性については、明らかではありませんでした。
今回、研究グループは、製造分野への量子计算の适用可能性を検証するための例题として、将来のスマート加工用レーザー光源としての普及が期待される「フォトニック结晶レーザー」の设计问题に、量子アニーリングによる构造最适化の手法を适用しました。その结果、フォトニック结晶レーザーが有する多様な设计自由度を活用することにより、レーザーの性能を表す重要な指标である「光出力」「ビーム拡がり角」「直线偏光比」の3つ全てを向上可能な新たな设计を见出すことに成功しました。本成果は、製造分野への量子计算技术の适用可能性を示唆する重要な一歩であるといえます。
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