科学者雑談: 量子情報

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2021年7月13日

「％」の不思議さ

最近、谷崎潤一郎の「途上」という初期の頃の短編小説は日本文学の中で「確率」の概念を導入した初めての小説であるという評価を教えてもらった。個人的には、谷崎潤一郎の「陰翳礼讃」という随筆が好きで、日本から旅立った友への餞別で送った本である。谷崎潤一郎の文章に込められた世界観からは「新しい概念」を導入していこうという感じがする。

私はひょんなことから、「乱数」というものを研究することになったのだが、「乱数」と「確率」はきってもきれない関係にある。私の研究は突き詰めると、「自然現象の中に確率概念があるのだろうか？」という問いに尽きる。これは私個人の研究課題であって、日本に「確率」という概念がどのように日常に根付いているというのは非常に興味深い。

天気予報で毎日聞く「降水確率」。「２０％」くらいなら、今日は傘を持っていかなくても良いと感じられているのは何故なのだろうと思う。

また、あまり良い例ではないが、下記の竹中平蔵氏が東日本大震災後の地震に関する「確率計算」に端を発したウェブ上の考察は「竹中平蔵氏の確率論」と呼ばれていて、日常的には「確率」の概念が根付いていないことを露呈させたと思う。

３０年で大地震の確率は８７%・・浜岡停止の最大の理由だ。確率計算のプロセスは不明だが、あえて単純計算すると、この１年で起こる確率は２．９%、この一カ月の確率は０．２%だ。原発停止の様々な社会経済的コストを試算するために１カ月かけても、その間に地震が起こる確率は極めて低いはずだ。
— 竹中平蔵 (@HeizoTakenaka) May 9, 2011

「あえて単純計算すると」というところの意図は分からないことは注意したい。ただ、「モンティ・ホール問題」の時は、どのように考えるのか？ということは知りたいが、「確率」に騙されることは多い。

最近、コロナ禍になって、再び、「％」ということを耳にする機会が多くなってきた。今回の話は、統計学に基づくもの。

「おそらく同じであろう」というサンプルから少数回の試行だけをすれば、きっと、「おそらく同じであろう」というサンプルの中の確率を推論することが出来る。

というロジックに基づいている。実証データにおいて、「おそらく同じであろう」ということをどのように検証すれば良いのかという画一的な方法論があるわけではないと個人的には認識している。ただ、個々人にとっては、「統計学」に基づいた「確率」が問題ではない。「かかる」か「かからない」かの問題であり、最近、話題のワクチンの副反応の問題も「出る」か「出ない」かの問題と極端に捉えることも出来なくもない。一人一人が「サイコロ」を振って、「当たり目が出るか出ないか」ということに依存した世界観が嫌だという意見もあってもおかしくないし、いくら統計学に基づいたものであっても、個々人に起こってしまった問題は別問題である。この観点は、哲学者であるマルクス・ガブリエルの著書でも指摘されている。「統計学」に基づきすぎた価値判断ばかりに囚われていると、目の前で起こってしまっている現象に対して対応できなくなる可能性も指摘されている。どうやったら、「％」というものの日常的な感覚を会得できるものだろうか？

2020年6月1日

新しい時代のアナログとは？

今年度より京都大学情報学研究科の研究科長をなさっている河原達也さんが書かれた「COVID-19 パンデミック下における情報学の展開」を読んだ。オンライン時代の先陣をいくと言って過言ではない「情報学研究」の視点から、COVID-19 パンデミック後の世界観までを描いている見事な論考であると思う。

このパンデミックの前まで AI ブームと言われていましたが、感染の動向や感染者の症状を予測する AI も、どういう治療をすればよいか判断する AI も開発されていません。しいて言えば、感染者の行動履歴を追跡しておいて、濃厚接触者を同定するソフトはありますが、国家権力が強くない国では運用が困難です。これほど世界中に大量の事例サンプルがあるにも関わらず、専門家の直観で判断されているように思われます（それを否定するものではありません）。

この部分が私の最も賛同できる部分である。現在の「情報技術」の限界について、内部の専門家の意見から発せられたという意味も重要である。だからこそ、今後、「ローマは１日して成らず」という諺があるように、しっかりとした準備を行っていけば「情報学が貢献出来る可能性」があるという重要なメッセージがこめられていると私には思う。

しかし、「情報」というと「デジタル」な事を思い浮かべることが多い。私自身の「情報学」の理解では、インプットとアウトプットの関係性に対して、中身をブラックボックスにしたまま「定量的な尺度」を与える学問なのだと思っている。「データ圧縮の限界（者オノンエントロピーの起源）」「通信容量の限界（通信路符号化定理）」など、情報科学の基礎と知られるものは、「「情報」とは何か？」ということを問題にするよりも、「定量的に表現出来る情報」とは何か？ということを考えていたように思える。個人的には恥ずべきことであるが、情報科学の基礎をきちんと勉強したのは大学院卒業以後のことである。マクスウェルの悪魔に関する論文を一緒に執筆している際にシャノンの原論文を読んで勉強した。

一方で、「情報社会」の基盤を支えているのは「アナログ」の要素抜きでは成り立たない。我々が取り扱える部分（インターフェイス）はデジタル仕様になっていても、最終的には「アナログ」な部分に支えられている。近年、「ポストデジタル」時代を想像する本が増えてきたように思える。例えば、「アナログの逆襲」という本の中では、「アナログ的な体験」の重要性について述べている。また、そのような具体的な取り組みに関して紹介されている。一方で、「アフターデジタル」で主に展開されているように「極限まで」オンライン化していく世界像を描いている本もある。そんな中でも「アナログ的思考」が若干垣間見える部分があって面白い。自粛期間で「繋がっていない」苦しさを感じる機会も多かったが、一方で、自分自身を見つめ直す良い時間であったように思える。

何かと繋がっているよりも、身体的に感じられる方が重要なのではないか？

ということに気づいた２ヶ月間であった。今までの研究活動を振り返ってみると、「地に足のついた」研究に憧れを感じる。きっとこれも「アナログ回帰」の一端なのかもしれない。

2020年5月8日

データダイエット

データダイエットへの協力のお願い：遠隔授業を主催される先生方へ（イラスト版）　出典：国立情報学研究所

「データダイエット」

このネーミングは、４月からの大学等遠隔授業に関する取組状況共有サイバーシンポジウム実行委員会という名義で「お願い」という形で出されました。その一行目は原理原則だけど、忘れやすいことを言っています。

情報通信回線は全国民が共有する有限の資源です。

「有限の資源」であるということを言っているのは、当たり前ですが非常に重要だと思います。「どれくらい出来るのか？」ということを突き詰めていく学問が、個人的には「情報科学」という学問分野になるのだと思います。通信容量に関しては、「情報科学の父」であるクロード・シャノンによって定式化されました。現在では、「シャノンの通信路符号化定理」と呼ばれており、理論的な限界値を「シャノン限界」と呼んだりしています。ある種の「情報」というものに対する「限界」を定めていくのが、情報科学の面白い点だと個人的には思っています。なかなか準備の進まなかった「授業のオンライン化」に対して、今回の「コロナ自粛」では一気にそのオンラインプラットフォームを活用していかなければならない状態になっています。すると、「オンライン上での渋滞」というのが発生し、「インターネット」という一見するとバーチャルな空間だったものが、きちんと「物理的な」（今回だったら、ネットワークケーブル）というものによって律速させられているというのを教えてくれています。個人的な理解では、量子力学という「物理法則」を用いて「情報科学」の本質だと思っている「定量的な限界」というものを示していくということが「量子情報科学」と呼ばれる学問分野なのだと思っています。私は、この「量子情報科学」という学問分野の中で研究を行っています。「量子コンピュータ」の開発がブームとなり、たまに分野の概観をするようなアウトリーチ活動を行っていますが、その中で協調させていただいているのは、「量子力学の法則を使って、「計算」の限界」を知る学問が、「量子計算機科学」であるのではないか？とお話しさせていただいております。

では、一体、どれくらいの通信容量が増えているのでしょうか？少し調べてみると、日本国内では大手のＮＴＴコミュニケーションズが「インターネットトラフィックの推移」をまとめていただいています。どの時間帯が良いのかという指針にもなるかもしれません。実際に「実測された生データ」が様々集まってきていますので、今後、このような「生データ」をどのように活用していくのか？ということが重要になるのでははないでしょうかね？

そのような「生データ」やオンライン授業のプラットフォームが形成されている「インターネット空間」は、どのようになっているのでしょうか？その理念を以前教わった時に以下のように教わりました。

インターネットは性善説で出来ている。

ネットワーク攻撃などは目の見えない形になっていますが、「性善説」だからこそ、一部の人たちの「悪さ」みたいなものが目立ってしまうという理念のもと設計されています。インターネットの精神性そのものは、「皆で皆を守る」というものなのかもしれません。この理念こそ、今の新型コロナウィルス対策に必要な根本的な考え方ではないかと思っています。

でも、一方で「出来ないよ」という思われる方もいらっしゃるかもしれません。今回の「ダイエット」というネーミングは非常に素晴らしいと思っています。自分自身を思い返してみても、「自分自身の強い意志」がなければ、ダイエットは出来ません。自分で自分自身を追い込まなければならないからです。そのためには、一定度の「安定」が必要な気がしています。仕事が凄く忙しい時期に「断食ダイエット」など出来ませんし、もし、それでも強行したら倒れてしまいます。「ダイエットも出来る時にしか出来ない」と思うからです。そして、「出来る余裕のある人から」ダイエットしていけば良いのかなと思っています。「データダイエット」も同じです。やっている事例を見て勉強するのは良いと思いますが、「無理のない程度に」データダイエットすることが重要なのではないかと思います。

出来る事を出来るだけ

という精神が重要な気がしてなりません。今後とも無理しない程度にコロナ自粛生活を送っていきたいと思います。

2020年5月2日

自己紹介

はじめまして、理論物理学者の鹿野　豊と申します。これから１人の科学者の目線で雑談するようなブログを書いていきたいと思います。

何故、このブログを始めたのか？

　今は大学教員をしていますが、大学教員の半分の仕事は「研究者」としての顔です。ちなみに残り半分は「教育者」としての顔です。「研究者」としてのアウトプット形態は、昔より「本を執筆する」か「論文を書くか」ということでした。文章の形で書き残すことで、当時獲得した「知識・知恵・概念」を他に伝授してきた経緯があります。一方で、「大学」のような出会いの場に人が集めれなくなってしまった今日、自分自身が考えていることを書き残していこうかなと思い立ち、このブログを始めてみました。１週間に２回くらい更新できればいいなと思っています。

今までどのような研究をしてきましたか？

　私の研究者としての目標は、「自然現象はどこまで観測出来るのか？」ということを定量的に明らかにすることです。特に、「時間は測定可能か？」ということに興味をもっています。

　大学院生時代は、「量子情報科学」と言われる分野の中で、量子力学という法則を基礎として、どこまで精密に量子力学的に振る舞う現象は測定できるのか？ということを目標にする「量子測定理論」と呼ばれる分野を研究していました。更には、ランダムウォークの量子力学的な模写で始まった「量子ウォーク」と呼ばれる分野に出会い、数理物理的なアプローチから「量子ダイナミクス」を模写するとは何かということを探索してきました。学位取得後、量子ウォークや量子測定理論は自然科学を解き明かすための理論なのか？と疑問に思うようになり、量子測定理論で培った道具だてを用いて、「光物性理論」と呼ばれる分野で光の言葉で自然現象を解き明かすということをやってきました。その中で、異なるタイムスケールを記述する理論体系があまりないこと、実験的な道具が揃っていないことに気づき、「ハイブリッド量子計測科学」と個人的には呼びたい、複数の測定対象に対して精密巧緻な方法を開拓していきたいと思っています。このような手法を開拓していくと、測定データが非常に膨大となり、「実データを取り扱う手法」を開拓する必要に迫られてきました。そのため、理論的な枠組みや統計的な手法を用いて、現象・データを「タンジブル (tangible)」にするための手法論を研究しています。大学院時代に「量子情報科学」を研究していたことから、量子計算機の理論的な側面での開発に携わることになり、「乱数生成方法」を用いた量子ハードウェアの評価方法の研究を開始しました。そうやって研究している内に、「乱数とは何か？」という根本的な疑問にぶち当たり、現在は「量子乱数」自体も研究を行っています。

　一見、研究対象がフラフラしているような感じがしますが、「時間」も「乱数」も数学的には記述出来るけれども、どのように検証して良いかが分からないものを対象に「どこまで検証可能か？」という視点で研究を行っています。そのために、解析するための道具がなければ、独自に開拓していくというスタイルです。