このたび、早稲田大学の研究者5名が、科学技術分野で顕著な功績があったとして、「令和5年度科学技術分野の文部科学大臣表彰」を受賞しました。
科学技術分野の文部科学大臣表彰は、科学技術に携わる者の意欲向上を図り、日本の科学技術水準の向上に寄与することを目的としており、科学技術に関する研究開発、理解増進等において顕著な成果を収めた者に対し授与されています。

今後も本学では、中長期計画「Waseda Vision150」における研究ビジョンである「世界の平和と人類の幸福に貢献する研究」の実現に向け、未来をイノベートする独創的研究の促進を図ってまいります。

世界初　次世代コンピューティングにより固体表面への分子吸着予測に成功

発表のポイント

• 次世代コンピューティングの一つである量子インスパイアード技術^※1「Fujitsu Quantum-inspired Computing Digital Annealer」^※2（以下、「デジタルアニーラ」）を用いた、固体表面への分子吸着の予測に世界で初めて成功
• 組合せ爆発を起こさずに分子の吸着配位を高速に探索する新手法を開発
• 分子配置の組合せが多い複合材料などにおいて、正確かつ高速に最適な配置を予測することが可能に

早稲田大学大学院先進理工学研究科博士1年の三瓶　大志（さんぺい　ひろし）氏・七種　紘規（さえぐさ　こうき）氏ならびに同大理工学術院の関根　泰（せきね　やすし）教授らの研究グループは、慶應義塾大学理工学部の田中　宗（たなか　しゅう）准教授、ENEOS株式会社とともに、次世代コンピューティングの一つであるアニーリング方式に属する富士通株式会社の量子インスパイアード技術「デジタルアニーラ」を用いて、固体表面への分子吸着を予測することに成功しました。量子インスパイアード技術を固体表面への分子吸着予測に活用する取り組みは世界初となります。

今回、「デジタルアニーラ」を用いて、組合せ爆発を起こさずに吸着配位を高速に探索する新しい方法を開発しました。本手法では、特に多くの分子が吸着している領域において、従来法よりもはるかに高速に、安定な分子配置を発見できることがわかりました。一例として、従来は38601秒かかっていた16分子の吸着の予測を、準備時間（1回のみ必要）2154秒と、「デジタルアニーラ」による計算132秒だけで完了でき、圧倒的な高速性を示すことができました。

また、得られた結果を株式会社Preferred NetworksとENEOS株式会社が共同で設立した株式会社Preferred Computational Chemistryが提供する汎用原子レベルシミュレータMatlantisで解析した結果、本手法による予測が正しいことがわかりました。この手法により、特に分子配置の組合せが多い複合材料や大規模モデリングにおいて、正確かつ高速に最適な配置を予測することが可能になります。

本研究成果は、2023年3月27日（現地時間）にアメリカ化学会の『JACS Au』のオンライン版で公開されました。

論文名：Quantum Annealing Boosts Prediction of Multimolecular Adsorption on Solid Surfaces Avoiding Combinatorial Explosion
DOI：10.1021/jacsau.3c00018

(1)これまでの研究で分かっていたこと

分子の表面への吸着現象は、触媒反応など多様な分野において必ず発生する重要な過程です。これらは理論計算を行うことで、原子レベルで触媒反応や吸着を捉えることが可能でした。このような理論計算により分子や原子の吸着に注目して触媒性能を評価する研究はこれまでにも多く存在しています。しかしこれら理論計算は、少ない分子の計算による精密な計算が主であり、分子の数が増えると組合せ爆発が起こるため、膨大な時間がかかることが課題でした。

(2)今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

このように網羅的に高被覆率の吸着構造の探索を行うことは、正確な評価ができるが分子数に対して指数関数的な時間がかかります。一方、逐次探索による被覆率の影響評価は、少ないコストで済むが不正確なモデル構築で仮定して進めるため、正確性に欠けることが知られています。そこで研究グループは、富士通株式会社が有する組合せ最適化問題に特化したアニーリング方式に属する量子インスパイアード技術である「デジタルアニーラ」を活かして、表面化学分野における分子の吸着を予測することができないかと考え、取り組んできました。

(3)そのために新しく開発した手法

今回研究グループが開発した手法を図に示します。アニーリング方式では、最適化の対象となる式をQUBOと呼ばれる形式で記述する必要があります。そのためには固体表面への多分子の吸着という多値変数を、複数の2値変数で表現しなければなりません。このような中で、独自に吸着構造をQUBOと呼ばれる形式のモデルへと転換する手法を構築し、さらにそれを「デジタルアニーラ」によって解くことで、最適な構造を短い時間で計算して予測することが可能になりました。

本手法は、特に多くの分子が吸着している領域において、従来法よりもはるかに高速な探索と安定な分子配置を発見できることがわかりました。一例として、従来は38601秒かかっていた16分子の吸着の予測を、準備時間（1回のみ必要）2154秒と、「デジタルアニーラ」による計算132秒だけで完了でき、圧倒的な高速性を示すことができました。

また、得られた結果を株式会社Preferred NetworksとENEOS株式会社が共同で設立した株式会社Preferred Computational Chemistryが提供する汎用原子レベルシミュレータMatlantisで解析した結果、本手法による予測が正しいことがわかりました。これは、元の構造さえわかっていればモデルを組めるため、ニューラルネットワークポテンシャル^※3による答え合わせが可能なことによります。この手法により、特に分子配置の組合せが多い複合材料や大規模モデリングにおいて、正確かつ高速に最適な配置を予測することが可能になります。

(4)研究の波及効果や社会的影響

今回の発見は、触媒反応や材料の合成などの多様な表面が関わる化学において、多くの分子の吸着を高速に正確に行うことができるという革新的な手法を作り上げ、次世代のコンピューティングを活かした化学の予測という新分野を開拓します。

(5)今後の課題

本研究は次世代コンピューティングの一つであるアニーリング方式を化学に用いた最初の報告です。今後、分子の傾きなどを組み入れて、多様な分子の吸着を予測できるように開発を続けていきたいと考えています。

(6)研究者のコメント

これまでの計算化学は正確ですが時間がかかることが課題でした。「デジタルアニーラ」は次世代コンピューティングの一つとして注目されており、組合せ最適化問題を解く手法として優れていることが知られ、物流分野などでは最近多く用いられてきています。これを化学における吸着に応用しようというのは初めての取り組みであり、困難を伴いましたが、多様なアイデアの組み合わせで実現することができました。今後のカーボンニュートラルに資する新たな化学反応の予測にこれらを応用していきたいと考えています。

(7)用語解説

※1　量子インスパイアード技術
量子現象に着想を得たコンピューティング技術で、現在の汎用コンピュータでは解くことが難しい「組合せ最適化問題」を高速で解く技術

※2　Fujitsu Quantum-inspired Computing Digital Annealer（デジタルアニーラ）
現在の汎用コンピュータでは解くことが困難な組合せ最適化問題を高速に解く富士通独自の量子インスパイアード技術。https://www.fujitsu.com/jp/digitalannealer/index.html

※3　ニューラルネットワークポテンシャル
従来からある原子シミュレータに対して、深層学習モデルを組み込むことで、原子スケールで分子や材料の挙動を再現して大規模な計算・予測・探索を行うことができること。

(8)論文情報

雑誌名：JACS Au
論文名：Quantum Annealing Boosts Prediction of Multimolecular Adsorption on Solid Surfaces Avoiding Combinatorial Explosion
執筆者名（所属機関名）：Hiroshi Sampei^#*1, Koki Saegusa^#*1, Kenshin Chishima^*1, Takuma Higo^*1, Shu Tanaka^*2, Yoshihiro Yayama^*3, Makoto Nakamura^*4, Koichi Kimura^*4, and Yasushi Sekine^*1
＊1　早稲田大学
＊2　慶應義塾大学
＊3　ENEOS株式会社
＊4　富士通株式会社
掲載日（現地時間）：2023年3月27日
掲載URL：https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00018
DOI：10.1021/jacsau.3c00018

(9)研究助成

研究費名：環境省
研究課題名：令和４年度地域資源循環を通じた脱炭素化に向けた革新的触媒技術の開発・実証事業
（革新的多元素ナノ合金触媒・反応場活用による省エネ地域資源循環を実現する技術開発）
研究代表者名（所属機関名）：関根　泰　教授（早稲田大学理工学術院）

結晶の共振固有振動による大きく高速な屈曲を世界で初めて発見

メカニカル結晶はアクチュエータやソフトロボットへ実用化する段階に到達

発表のポイント

光や熱などの外部刺激を動きに変換する「メカニカル結晶」の開発において、これまで光異性化・相転移・光熱効果などの現象が駆動源として用いられましたが、高速かつ大きな動きを創出することは難しく、課題でした。

本研究グループは、結晶に光を当てることで固有振動が起きて高速屈曲が生じ、この固有振動と同じ周波数の光を与えることによって生じる共振（共振固有振動）により、屈曲が大きく増幅することを世界で初めて発見しました。

共振固有振動を用いることであらゆる結晶を高速で大きく屈曲させることができるため、汎用性のある高速アクチュエーション機構として、ソフトロボットなどへの応用が期待されます。

早稲田大学（東京都新宿区、総長：田中愛治）ナノ・ライフ創新研究機構の小島秀子（こしまひでこ）招聘研究員と、同大理工学術院の朝日透（あさひとおる）教授、同大学大学院先進理工学研究科4年（一貫制博士課程4年）・日本学術振興会特別研究員（DC1）の萩原佑紀（はぎわらゆうき）らの研究グループ（以下、本研究グループ）は、東京工業大学（東京都目黒区、学長：益一哉）物質理工学院の森川淳子（もりかわじゅんこ）教授らと、結晶に光を当てることで固有振動が起きて高速屈曲が生じることを発見しました。さらにこの固有振動と同じ周波数の光を与えることで、共振により屈曲が大きく増幅することを世界で初めて発見しました。今回の共振固有振動を用いることで、汎用性の高い高速結晶アクチュエータやソフトロボットの実現が期待されます。

本研究成果は、Springer Nature社発行による『Nature Communications』誌のオンライン版に2023年3月13日（月）（現地時間）に掲載されました。

論文名：Photothermally induced natural vibration for versatile and high-speed actuation of crystals

（１）これまでの研究で分かっていたこと（科学史的・歴史的な背景など）

光や熱などの外部刺激を動きに変換する「メカニカル結晶」は、軽くて柔らかいアクチュエータ^※1やソフトロボット^※2への応用が期待されています^{（参考文献1）}。私たちは過去15年間、結晶を動かす原理として、光異性化^{※3（参考文献2）}や相転移^{※4（参考文献3）}に注目して、多数のメカニカル結晶を開発しました。しかし、光異性化や相転移する結晶は数が限られています。特に、光異性化については屈曲する動きが遅く（数秒）、厚い結晶は屈曲しないといった問題点がありました^{（参考文献4）}。

本研究グループは2020年、光熱効果^※5によって厚い結晶が25 Hzの高速で屈曲することを発見しました^{（参考文献5）}。その後、別の結晶を用いて、光熱効果による屈曲の機構をシミュレーションにより明らかにしました^{（参考文献6）}。しかし、この光熱効果による屈曲は小さく（0.2–0.5度）、大きな動きを創出することが課題でした。

（２）今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

物体に外力を加えると、特有の周波数（固有振動数）で振動し続ける現象を固有振動といいます。この固有振動と同じ周波数の外力を加えると、共振と呼ばれる現象が発生して、振動が増幅されます。例えば、地震の際、建物の固有振動数と地震の周波数が一致すると共振して激しく揺れ、倒壊する恐れがあります。ギターやサックスなどの楽器は、弦やリードの動きで音（振動）を作り、箱や筒の中で共振させることで音を増幅しています。このように固有振動は私たちの日常に広く関わっていますが、動く材料を創るという観点では注目されていませんでした。

本研究の最初の目的は、熱膨張の大きい有機結晶に注目して、光熱効果による大きな屈曲を創出することでした。その研究中に、100ミリ秒で1.2度の光熱効果による大きな屈曲と同時に、390 Hzの高速で0.1度の微小な固有振動が起きていることを初めて発見しました（黒、図1a）。驚くことに、この固有振動と同じ390 Hzのパルス光を照射すると、共振により固有振動が3.4度に増幅されました（黒、図1b）。つまり、共振固有振動によって、結晶の高速で大きな屈曲が創出できることを世界で初めて発見しました。

この仕組みを解明するため、本研究グループは、光熱効果による熱が結晶内を伝導してできた温度勾配により結晶が変形し、同時に生じた熱応力^※6が結晶の振動を起こすという機構を仮定し、結晶の屈曲をシミュレーションしました。その結果、共振を伴わない屈曲と共振により増幅された屈曲の両方を再現することができました（赤、図1a, b）。

さらに、結晶の形状を変えると200­–700 Hzの様々な共振固有振動が観察され、長く薄い結晶では「大きい屈曲」が、短く厚い結晶では「素早い屈曲」が創出できることがわかりました（図2a）。この共振固有振動について屈曲速度とエネルギー変換効率（光→屈曲運動）を、光異性化、光熱効果、非共振固有振動による屈曲と比較した結果、最も速い屈曲速度（0.2–0.7 m s^-1）かつ最も高いエネルギー変換効率（~0.1 %）が得られることがわかりました（図2b）。

（３）そのために新しく開発した手法

正確な周波数のパルス光を照射するため、電子工作に広く用いられているArduino^※7による制御システムを構築しました。光熱効果と固有振動の合わさった屈曲をシミュレーションするため、物体のあらゆる物理現象の計算に適している有限要素法^※8を用いました。

（４）研究の波及効果や社会的影響

本研究において共振固有振動によって結晶を高速で大きく屈曲させられることを初めて発見し、シミュレーションによる再現にも成功しました。固有振動の共振に注目することで、あらゆる結晶を高速で大きく屈曲させることが可能です。また屈曲はシミュレーションできるため、結晶の種類やサイズ、光の照射条件などを変えれば望みの動きを設計することができます。

最終的にはこれまでの光異性化や相転移では難しかった、汎用性の高い高速結晶アクチュエータやソフトロボットの実現に期待が高まります。このような実用化へのアプローチにより、ヒトとロボットが融和して日常的に触れ合う、未来社会の創成に貢献できます。

（５）今後の課題

現状、固有振動で結晶が動く例はまだ本研究の１例のみなので、今後は別の結晶についても検討し共振固有振動の汎用性について実証する必要があります。さらに高速な固有振動を起こすことが出来れば、幅広い応用先の考案につながるため、高い固有振動数を持つヤング率^※9の高い結晶に注目し検討する必要があると考えます。

（６）研究者のコメント

光で動く結晶はこの15年間で多数報告されてきました。今回、本研究グループの発見により、共振固有振動を用いてあらゆる結晶を高速で大きく動かせることがわかりました。本研究により、メカニカル結晶は実際にアクチュエータやソフトロボットへ実用化する段階に進んだと考えています。今後はアクチュエータやソフトロボットへの応用にも挑戦し、基礎研究から実用化まで、幅広く研究を展開したいと思います。

（７）用語解説

※1　アクチュエータ

光や電気といった入力信号を動きに変換する素子。

※2　ソフトロボット

金属など固い材料を用いず、柔らかい材料のみからなるロボット。

※3　光異性化

ある分子が光を吸収して別の分子に変化すること。

※4　相転移

光や熱などにより、材料がある状態から別の状態に変化すること。

※5　光熱効果

物質が光を吸収して熱を発生すること。

※6　熱応力

材料が熱的に膨張することで生じる力。

※7　Arduino

電気機器を制御するコンピュータの一種。

※8　有限要素法

物理現象を近似的に解くための数値解析手法。

※9　ヤング率

材料の変形しにくさを表す物性値。

【参考文献】

1. Koshima H. (ed) Mechanically Responsive Materials for Soft Robotics (2020). DOI: 10.1002/978352782220
2. Koshima H. et al., Am. Chem. Soc., 2009. DOI: 10.1021/ja8098596
3. Taniguchi T. et al., Commun., 2018. DOI: 10.1038/s41467-017-02549-2
4. Koshima H. et al., J. Chem., 2021. DOI: 10.1002/ijch.202100093
5. Hagiwara Y. et al., Mater. Chem. C., 2020. DOI: 10.1039/d0tc00007h
6. Hasebe S. et al., Am. Chem. Soc., 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c03588

（８）論文情報

雑誌名：Nature Communications
論文名：Photothermally induced natural vibration for versatile and high-speed actuation of crystals
執筆者名（所属機関名）：Yuki Hagiwara^*a, Shodai Hasebe^*a, Hiroki Fujisawa^*b, Junko Morikawa^*b, Toru Asahi^*a, Hideko Koshima^*a
*a: 早稲田大学、*b: 東京工業大学
掲載日（現地時間）：2023年3月13日（月）
掲載日（日本時間）：2023年3月13日（月）
掲載URL：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37086-8
DOI：10.1038/s41467-023-37086-8

（９）研究助成（外部資金による助成を受けた研究実施の場合）

研究費名：文部科学省　科研費　基盤研究（B）
研究課題名：熱と光で自在に動くロボット結晶の開発
研究代表者名（所属機関名）：小島 秀子（早稲田大学）

研究費名：文部科学省　科研費　特別研究員奨励費
研究課題名：光熱効果によるメカニカル結晶材料の多様化と可能性の拡大
研究代表者名（所属機関名）：萩原 佑紀（早稲田大学）

研究費名：早稲田大学　アーリーバードプログラム
研究課題名：光熱駆動高速結晶メカニカルリレーの開発
研究代表者名（所属機関名）：萩原 佑紀（早稲田大学）

早稲田大学の最新の注目研究者をピックアップした動画：Research Recap at Waseda University 2023を公開しました。是非ご覧ください。

本動画に登場する研究者

0:04  所千晴教授　（理工学術院）

研究分野：Environmental materials and recycling technology
Recent research: A Novel, Single Electrical Pulse Method for the Recycling of Lithium-Ion Battery Cathodes 
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100000777_en.html
2021年度早稲田大学リサーチアワード（大型研究プロジェクト推進）受賞者

0:11  三宅丈雄教授 　（理工学術院）

研究分野：Soft electronics and biomedical engineering
Recent research: Controlling Biological Cells Electrochemically with Bioiontronics
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100001422_en.html
2022年度早稲田大学PI飛躍プログラム支援対象者

0:22  コアド アレックス教授 　（商学学術院）

研究分野：Business Economics and Entrepreneurship
Recent research: Growth Patterns and Exit Routes of Firms in Japan
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100002156_en.html
2021年度早稲田大学リサーチアワード（国際研究発信力）受賞者

0:28 大久保將史教授 　（理工学術院）

研究分野：Batteries for a carbon neutral society
Recent research: Novel Materials and Optimal Electrochemical Conditions for Enhancing Ecofriendly Aqueous Batteries
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100002881_en.html
2021年度早稲田大学リサーチアワード（国際研究発信力）受賞者

0:36 有村俊秀教授 　（政治経済学術院）

研究分野：Carbon Pricing: Emissions Trading and Carbon Tax
Recent research: Impact of Regional Emission Trading Systems on a Firm’s Overall Carbon Footprint
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100000111_en.html
次代の中学研究者2021

0:46 原太一教授 　（人間科学学術院）

研究分野：Autophagy and food sciences
Recent research: Dietary Regulation of Autophagy for a Long and Healthy Life
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100001493_en.html

0:53 渡邊克巳教授　（理工学術院）

研究分野：Cognitive science and Experimental psychology
Recent research: How do our own voices affect our emotional states?
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100001331_en.html
次代の中学研究者2021

1:04 青木隆朗教授　（理工学術院）

研究分野：Quantum optics
Recent research: Towards Distributed Quantum Computing with Photon-based Coupling between Distant Atoms
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100001117_en.html
次代の中学研究者2021

1:13 田中雅史講師　（文学学術院）

研究分野：Neuroscience
Recent research: Dopamine Drives Cultural Transmission of Song Learning in Zebra Finches 
Researcher details: https://w-rdb.waseda.jp/html/100001998_en.html
2022年度早稲田大学PI飛躍プログラム支援対象者

3月26日（日）、西早稲田キャンパスにおいて学科・専攻ごとの学位授与式が行われました。ご卒業・修了を迎えられた皆さん、おめでとうございます。今後のご活躍をお祈りしています！

 

 

 

 

 

材研の提案する実験装置のリモート化

 

早稲田大学各務記念材料技術研究所（以下、材研）は文部科学省より共同利用・共同研究拠点の認定を受け、「環境整合材料基盤技術共同研究拠点」の名のもと、多様な研究を展開しています。

共同利用・共同研究により、日本各地の多くの研究者が材研を利用していますが、新型コロナウイルス感染症の拡大により移動が制限され、研究の遂行が困難になった時期がありました。このことを受け、材研では各種実験装置のリモート化、すなわち電子顕微鏡など分析装置の観察像を遠隔地からリアルタイムで共有できる仕組みの構築に着手しました。

現在では社会全体がポストコロナの流れになり、コロナ前のような移動も可能になりつつありますが、「リモートで対応できることは今後もリモートで」という新しい考え方・行動様式により、材研が提案する実験装置のリモート化は引き続き重要なコンセプトであると考えています。

しかし、実験装置のリモート化と言っても実際どのように利用するのか、なかなかイメージが難しいのではないでしょうか？そこで実験装置のリモート化について紹介するための動画を制作しました。この動画をご覧いただき、ぜひ材研の利用をご検討ください。

研究設備とその利用方法はこちらをご覧ください。

 

2023年3月
早稲田大学各務記念材料技術研究所

早稲田大学創造理工学部教員公募（資源科学分野）

早稲田大学創造理工学部教員公募（貯留層工学分野）

早稲田大学創造理工学部建築学科教員公募

TWIns学生実験紹介～ある日の実験～

TWInsで行われている学生実験の様子を紹介

TWInsでは、研究室それぞれでの研究活動のか、学部学生が学生実験を行っています。この日は、学部３年生を対象にした「生物学実験」や「生命医科学実験」が行われていました。

実験を教えているTA、機器利用をサポートしている職員、実験中の学生にインタビュー

教員とともに学生に実験を教えているTAや、実験に使用する機器のメンテナンスや利用サポートをしている技術系職員、実験中の学生にインタビューを行いました。それぞれ、どんな想いで実験に関わっているのでしょうか。

TWInsの様々な実験施設を紹介

主に学生実験を行っている共用実験室をはじめ、講義室や組織形態実験室での実験の様子もご紹介します。普段はなかなか見ることのできない、高度な実験施設での実験の様子をぜひご覧ください！

今後もTWInsでの研究活動やイベントの模様を発信していきます。

TWIns公式youtubeチャンネルの登録もぜひ宜しくお願いいたします！

TWIns(東京女子医科大学・早稲田大学 連携先端生命医科学研究教育施設) – YouTube

[最終更新日]
2023/3/9
「3.西早稲田キャンパスのオンライン授業スペース」を更新しました。
Updated “3. Classrooms for taking online classes in Nishi-Waseda Campus”.
2023/3/7
2023年度の授業時間割変更に関するお知らせをリンクしました。
Linked the information about “Changes to the Class Timetable starting from Academic Year 2023”.
2023/3/2
「数学Q&A」を更新しました。
Updated “Math Q&A”.
2023/2/28
Webサイトを公開しました。
Site opened.

以下のとおり、2023年度の授業についておしらせします。WasedaメールやMyWaseda、Waseda Moodleにて、大学あるいは教員から発信される重要なお知らせについても、都度確認のうえご対応ください。
This is to inform you of the classes for Academic Year 2023. Please be sure to check your Waseda emails, the announcements on MyWaseda and Waseda Moodle which are sent from the University and faculty members.

Index

1.授業実施方法の確認方法/How to check course delivery methods
2.対面授業時の感染予防/Preventing Infection in Face to Face Classes
3.西早稲田キャンパスのオンライン授業受講スペース/Classrooms for taking online classes in Nishi-Waseda Campus
4.科目登録/Course registration
5.早稲田大学生協教科書・教材販売/Purchasing of textbooks and other materials at Waseda Co-op
6.対面授業（講義・演習・実験）」に出席できない場合/In case you cannot attend in-person classes (lecture, seminar, laboratory courses)
7.オンライン授業に関するお問い合わせ/Inquiry about taking online courses
8.学生生活に関するサポート/ Supports for Student Life
9.お問い合わせ/ Inquiry

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1.授業実施方法の確認方法/How to check course delivery methods

科目登録前にWebシラバスを参照し、「対面授業」「オンライン授業」など授業実施方法をご確認ください（検索方法）。
※共同大学院設置科目は各専攻にご確認ください。
Please check web syllabus prior to course registration and check the course delivery method of each course, such as “face-to-face” or “online” classes（How to search）.
*For courses at Cooperative Major, please contact with the relevant faculty members directly.

• Webシラバス
• Syllabus Search
• 2023年度からの授業時間割の変更について（お知らせ）
• Changes to the Class Timetable starting from Academic Year 2023

※授業期間中に対面教場試験を実施する科目もありますので、各科目シラバス、担当教員からの連絡に十分ご注意ください。
*Some subjects will have a face-to-face classroom examination in class weeks, so please be careful about syllabus of each subject and contact notifications from each faculty member.

※選択科目の一部には定員を設定する可能性があり、その科目で登録者が定員を超えた場合は抽選を行います。
*Some of elective courses may set the limit for course participants’ number, and in case the number of applicants for a course exceeds the capacity, final course participants will be decided through a lottery.

2.対面授業時の感染予防/Preventing Infection in Face to Face Classes

• 4月1日以降のマスク着用ルールの変更について（第17報）／Changes in Rules for Wearing Masks after April 1 (February 28, 2023)
• キャンパスの入構にあたっては、当日、自宅で体温測定を行い、平熱であることや新型コロナウイルス感染症の疑いのある症状がないことを確認してください。
  On the day you plan to come to campus, take your temperature at home, make sure it is at average body temperature and no symptoms of a suspected COVID-19 infection.
• 各教室、建物入口、各フロアーに消毒液を常備します。キャンパス・教室に入る際には必ず消毒液で手指を消毒してください。また、日中は教室の清掃が入りません。ご自身が使用される前後に机上等の清浄が必要な場合は、各自教室設置の消毒液あるいは除菌シートによりご対応ください。
  Hand sanitizer is always available in each classroom, at the building entrance and on each floor. Please disinfect your hands/fingers with it before entering the campus and classrooms. Please note that classrooms are not cleaned during the day. If you need to clean your desk before or after you use it, please use the hand sanitizers and disinfecting wipes provided in the classroom.
• 生協のカフェテリアを含め、西早稲田キャンパス内で飲食が許可された施設を利用する場合、可能であれば、昼休みなど利用が集中する時間帯を避ける、また、占有せず利用終了後は速やかにほかの方に席を譲る、など、皆さんが利用できるようご配慮ください。
  When using facilities on the Nishi-Waseda campus where eating and drinking are permitted, including the cafeteria, please try to avoid peak hours such as lunchtime if possible, and when you have finished eating, please give up your seat to someone else as soon as possible, so that everyone can use the place.
  【教室での飲食/Eating and drinking in the classroom】
  教室は、昼休みに限り飲食を可とします。授業開始10分前には食事を終え、机上の消毒などを完了してください。
  You are permitted eating and drinking in the classrooms ONLY during the lunch break. Please finish eating and disinfect your desk 10 minutes before class starts.

3.西早稲田キャンパスのオンライン授業受講スペース/Classrooms for taking online classes in Nishi-Waseda Campus

• 対面授業後にリアルタイムのオンライン授業がある場合は、以下の教室・PCルーム・学生ラウンジ等で受講し、終了後は速やかに帰宅してください。利用にあたっては、三密を避け、できる限りソーシャルディスタンシングを心掛け、着席間隔に留意してください。
  If you have a real-time online class after attending a face-to-face class, you may use a Classrooms, PC rooms, student lounges, etc. for taking online courses.When using the facilities, avoid the 3Cs, keep social distancing, and please take care to ensure that you are seated at the correct distance from each other.
• 教室のWi-Fi環境を利用したオンライン授業の受講に際しては、個人のモバイルPC等を持ち込んでご利用ください（接続方法はITサービスナビ「ネットワーク利用案内」をご確認ください）。また、イヤホン・ヘッドホン等（マイク付を推奨）を利用し、授業における発言以外の私語は謹んでください。
  If you are going to be using Wi-Fi connections in the classrooms to take online classes, please bring your laptops and/or mobile devices (For details on how to setup, please refer to “Network Use Guide”.). Use earphones/ headphones (with microphone) and please refrain from speaking unless it is a statement or a question for class.
• 大学施設利用にあたっては「Support Anywhere」記載事項も合わせてご確認ください。
  When you use university facilities, please also check the information on “Support Anywhere”.

西早稲田キャンパス開放教室 /Classrooms for taking online classes in Nishi-Waseda Campus

号館 Buildings	教室 Classrooms	開放曜日・時間 Opening Days and hours
55号館S棟 Building No.55S	02-01-1, 02-01-2 03-01, 03-03 03-07, 03-0903-08, 03-10	月曜～金曜/Mon.-Fri. 8:00-21:35 ※授業実施日に限る *Available only when classes are held.

西早稲田キャンパスPCルーム/PC rooms in Nishi-Waseda Campus

有線LAN接続済の既設PCの利用により、オンライン授業をより安定した環境で受講可能です。
By using an installed PC connected to a wired LAN, you can take online classes in a more stable environment.

号館 Buildings	教室 Classrooms	開放曜日・時間 Opening Days and hours
63号館3階 Building No.63 3rd Floor	・Aルーム/A room ・Bルーム/B room ・Cルーム/C room ・Dルーム/D room ・Eルーム/E room ・Fルーム/F room ・Gルーム/G room	・月～土曜日/Mon.-Sat.　8:50～21:35 ※PCルームの開室状況/ Opening hours of the PC room.　https://waseda10.classview.jp/clv/s/

• PCルームに関するお知らせ/ Notice about the PC room
  http://www.waseda.jp/mse/web/pcroom/
• PCログイン方法/How to log in to PC
  http://www.waseda.jp/mse/web/pcroom/pcroom_howtouse/
• PCの機種・OS・台数等/PC model, OS, number of PCs, etc.
  http://www.waseda.jp/mse/web/pcroom/oslist/

他キャンパスの開放教室/About the classroom for online classes in other Campus

「Learn Anywhere」にてご確認ください。
Please refer to 「Learn Anywhere」.

4.科目登録/Course registration

以下のサイトを参照し、スケジュールや注意事項を十分ご確認ください。
Please refer to below website.

• 科目登録（日本語学位プログラム）
• Course registration (For English-based Program)

5.早稲田大学生協教科書・教材販売/Purchasing of textbooks and other materials at Waseda Co-op

履修する授業で指定されている教科書をWebシラバスで確認のうえ、必要に応じてご購入ください。
Please check the textbook for your course on Web syllabus and purchase it as needed.
※早稲田大学生協による教科書販売スケジュールは以下のサイトでご確認ください。
* Please check the following website for the textbook sales schedule by Waseda University Co-op.

• 早稲田大学生協教科書申込WEBサイト/Website for applying to purchase textbooks at Waseda University Co-op
• 早稲田大学生協営業時間/Business hours of Waseda University Co-op

※早稲田大学生協では各科目担当教員からの指示により教科書を入荷しています。早稲田大学生協に取り扱いのない教科書は、そのほかの方法でお求めいただくか、科目担当教員にご相談ください。
*Please check the following website for the sales schedule by Waseda University Co-op. Waseda University Co-op receives textbooks in stock as instructed by each course instructor.

※白衣・レポートセット・関数電卓・電子辞書・製図用品・作業着等は、生協購買部（57号館B1階）にて購入可能です。詳細は、上記早稲田大学生協Webサイトにてご確認ください。
White coats, report sets, calculators, electronic dictionaries, drafting supplies, work clothes, etc. can be purchased at the Co-op Purchasing Department (Bldg. 57, B1F). For details, please refer to the Waseda University Co-op website.

6.対面授業（講義・演習・実験）に出席できない場合/In case you cannot attend in-person classes (lecture, seminar, laboratory courses)

原則として、対面授業は教室に登校して出席する必要があります。
外国人留学生の場合、必要な在留資格（ビザ）を取得し、渡日する必要があります。
In principle, attendance at classroom/on campus is required for face-to-face classes.
In case of international students, it is necessary for them to obtain the visa and come Japan.

新型コロナウイルス感染症罹患・濃厚接触者に特定された場合/In case of COVID-19 infection or identified as a close contact

• 新型コロナウイルス感染症罹患・濃厚接触者特定時の連絡方法/How to Report about COVID-19 infection

ワクチン接種および副反応による場合/In case of COVID-19 Vaccination or side effects of vaccinations

• 新型コロナウイルス感染症ワクチン接種に関わる授業欠席の取り扱いについて
• COVID-19 Vaccination-Related Class Absence

授業を欠席する必要性が生じた場合は、以下の手順でご対応ください。
If you need to be absent from classes due to this reason, please follow the procedure below.

1. 学生は「新型コロナウイルス感染症ワクチン接種による欠席届および配慮願」に必要事項を記入し、客観的な証明書類を添えて、51号館1階教学支援課カウンターに申し出る（体調不良等により、登校が難しい場合は、学生証の画像ファイルおよび必要資料をすべて添付のうえ、[[email protected]]宛にWasedaメールからお送りください）。Students must fill out the “Notification of Absence due to Covid-19 Vaccination”  forms, and submit them with objective evidence to the “Academic and Student Affair’s Section at the Center for Science and Engineering” at the grand floor of the Bldg. 51, Nishi-Waseda Campus (If you are unable to come to the school due to illness or other reasons, please send an image file of your student ID and all necessary documents to [[email protected]] via Waseda-mail.).

2. 事務所承認後、学生本人が担当教員に、教場にて（オンライン授業の場合はEメール、WasedaMoodleの「Message My Teacher」等を通じて）、「新型コロナウイルス感染症ワクチン接種による欠席届および配慮願」を渡し、配慮を願い出る。After approval by the Office, the student must submit the “Notification of Absence due to Covid-19 Vaccination” to the faculty member in charge at the classroom (or via E-mail, “Message My Teacher” on WasedaMoodle , etc. in the case of online classes) and ask for consideration.

上記以外の体調不良など新型コロナ感染症への感染が疑われる場合/ In case of illness or other suspected cases of COVID-19 infection

無理に登校をせず、速やかに医師の診断あるいは抗原定性検査キット（「体外診断用医薬品」と記載のある薬事承認されたもの）を用いた検査により登校可否を判断してください。それに伴い、授業を欠席する必要性が生じた場合は、WasedaMoodleの「Message My Teacher」などを通じて、科目担当教員に事情をご説明ください。
Please do not come to school without a doctor’s advice or test by the antigen test kit approved with the label “in vitro diagnostic product” (「体外診断用医薬品」) ,  and get a decision on whether or not you can come to school as soon as possible. If you need to be absent from classes due to this reason, please explain your situation to the instructor of each course via “Message My Teacher” on WasedaMoodle etc..

※病院が発行した領収書や診断書等は担当教員等から要請があった際に提出できるよう各自保管しておいてください。
*Please keep receipts and medical certificates issued by the hospital so that you can submit them when requested by the instructor of each course.

科目の連絡先/How to contact

講義科目・演習科目/Lectures/Seminars

LMSのメッセージにより、科目担当教員に相談ください。
With regard to the query about the course, please  send the message to the lecturer through Learning Management System.

• Moodleマニュアル「3.メッセージについて」
  Moodle Manual “3. Messages” 
• 欠席時の対応
  Absence from classese

実験科目/Laboratory courses

該当科目担当の実験室にお申し出ください。
Please contact the laboratory in charge of your course

• 実験室問い合わせ先一覧/List of Laboratory Contacts

7.オンライン授業に関するお問い合わせ/Inquiry about taking online courses

初回授業日あるいは各時限の開始時間はアクセスが集中する場合があります。可能な場合は授業日に先立ち、使用するツールなどやダウンロードしておくべき資料の有無などの教員からの指示を事前に確認して準備しておくことをお勧めします。
Access may be congested on the first day of the class or the starting time of each period. It is recommended that you check in advance instructions from the lecturer about tools or materials to be used.

オンライン授業履修にあたっての重要なおしらせは、通常Wasedaメールに送信されますが、E-mailは送信されず、Moodleのおしらせに掲載されるのみ、あるいは、別の連絡手段が指定される場合もあります。メールの受信状況やMoodleのお知らせなどを、1日に複数回確認してください。
Important notices for taking online courses will be sent to your Waseda email. Also, it may be posted only in Moodle’s announcements or other contact tools without sending email. Please follow the instructions of your instructors for each course. Please check your mail box and Moodle annoucements etc. several times per day.

(1)オンライン授業準備サイト「Learn Anywhere」/ Information: “Learn Anywhere” online preparatory website

早稲田大学のオンライン授業を受講するために必要な準備や、参考になる情報を掲載しています。
Online preparatory website “Lean Anywhere” provides several tips and information for you to take online courses.

• Learn Anywhere

【重要】セキュリティや著作権について/Important: About the security and copyright

セキュリティや著作権について正しい知識が必要です。ご自身の個人情報の漏洩以外にも他者の個人情報や肖像権などに十分留意してください。Waseda Moodle上での活動を含めてインターネット上ならではの取り扱いやレポートなどの課題に取り組む際の留意点など、オンライン授業だからこそ遵守しなければならないルールがあります。オンライン、オンデマンド含め講義内容の録画やSNSなどでの公開は厳に慎んでください。これらに違反すると、退学や停学といった厳しい処罰がくだされることもありますので、 正しい知識を身に付けて、十分に注意するようにしてください。
You are requested to have the accurate knowledge of the security and copyright. Apart from the leakage of your personal information, please be aware of the personal information and portrait rights of others. In addition, there are certain rules to follow especially for online classes (including activities on Waseda Moodle) as well as notes for working on reports and other assignments on internet. Violation of these rules may result in disciplinary action, such as expulsion from the university or academic suspension.

• 情報の取り扱いに関する注意 – 早稲田大学 学生生活課 (waseda.jp)
• Handling of information – Student Affairs Section, Waseda University

(2)困りごとが発生した場合の問い合わせ方法/How to contact in case of problems

Wasedaメールを使うことが推奨されています。メールやMoodleのメッセージを送る際には、学部・学科・学籍番号・氏名、授業に関する問い合わせの場合は科目名やクラス、担当教員、ご自身に生じている状況を詳しく記載のうえ、お問い合わせください。
You are recommended to contact via Waseda email. Be sure to indicate your school, department, student ID number, name and the detail of situation happening to you when sending email or a message to the lecturer via Learning Management System. (Course title and name of lecturers are required additionally when your query refers to your course.)

加えて、システム的なトラブルが生じている場合は、以下の情報を記載のうえ、お問い合わせください。
If you have any system problem, please ask with following details:

• 使っている環境（スマートフォンかPCか、メーカー機種OSなど）やソフトウェアやアプリケーション
  Your device (smart phone or PC, Mac or Windows etc.), software, application
• 通信環境（固定回線かモバイル環境か、Wifiの状況）
  Your communication environment (fixed line or mobile, Wifi status)
• 生じているトラブルの具体的な内容（エラーメッセージが出ている場合はその内容）
  Detailed description of the problem (e.g. error message on the screen)

また、アクセス集中に伴うシステムの配信遅延、そのほかの理由により、お問い合わせに対する返信に1週間程度の時間を要する可能性がございます。初回講義に関する問い合わせや質問の回答が、第2回の講義において示される場合もあります。皆さまにはご不便をおかけしますが、何卒ご理解とご協力の程、宜しくお願いいたします。
In case of system disruption caused by access congestion, a university-wide response may be sent from MyWaseda. It may take up to a week to respond to inquiries about the lecture content and assignments. To be more specific, answers to inquiries and questions about the first lecture may be presented in the second lecture. We apologize for any inconvenience this may cause and thank you for your understanding and cooperation.

• MyWaseda「システム・メンテナンス」
  MyWaseda System Maintenance
• 「Learn Anywhere」Collaborate 05_トラブルシューティング
  Learn Anywhere Collaborate Troubleshooting
• 「Learn Anywhere」よくある質問
  Learn Anywhere FAQ

(3)授業や教材に関する相談/ Inquiry about course and course material

教材や課題などはWebシラバスやWaseda Moodleにて通知されます。授業について質問がある場合は、LMSのメッセージ（教員から指示がある場合はそのほかの方法）により、科目担当教員に相談ください。
With regard to the query about the course contents (e.g. communication environment designated by the course) and materials (e.g. in case you cannot get the textbooks), please check the web syllabus or Waseda Moodle and contact with the course lecturer. Please follow that instruction. Otherwise please send the message to the lecturer through Learning Management System.

• Webシラバス
  Web syllabus
• Moodleマニュアル「3.メッセージについて」
  Moodle Manual “3. Messages” 

(4)理工学術院お問い合わせ窓口/Inquiry at FSE

上記にあてはまらない質問、あるいは、次の授業回になっても教員からの回答がない場合などは、「理工学術院オンライン授業お問い合わせ窓口」にお問い合わせください。
If you have any questions that do not appear in the above list, or if you do not receive a reply from the lecturer in the next class session, please contact the “Inquiry at FSE”.

• 理工学術院お問い合わせ窓口/ Inquiry at FSE

*MyWasedaログインのうえご回答ください。/ Please log in to MyWaseda and answer the questions.

Moodle上で科目が見つからない場合/ In case the course you registered is not appeared on My courses on Waseda Moodle.

1.以下の「科目名対照表」を確認する、あるいは、担当教員から、シラバスやWasedaメールに届くお知らせなどによりMoodle上で履修すべき科目名が明示されていないか確認してください。
In this case, please check with the “Course Comparison List” below or confirm the other course title with the syllabus or emails which are sent by the lecturer of the course.

• 科目名対照表/Course Comparison List　（ご参考：2022年度版／3月中旬更新予定）
  ※Moodle上でコース名が見つけづらい科目のみ掲載しています。
  *This is a list of courses which names are hard to find in Waseda Moodle.

2.科目登録2次登録日程以降のオンライン授業に参加できるタイミングは「科目登録日程」をご確認ください。
Please refer to the Appendix 1 of your program regarding when you can participate in online classes registered during the 2nd and 3rd course registration period.

8.学生生活に関するサポート/ Supports for Student Life

大学における諸手続きや証明書申請の方法、あるいは、皆さんが抱えるさまざまな心配事に対する、大学や理工学術院の相談窓口は以下に記載されています。また、心理的な相談は、学生相談室や保健室にて、臨床心理士が対応しています。以下のサイトを参照のうえ、各窓口にお問い合わせください。
The University and the FSE provide consultation services for various concerns that you may have. For psychological counseling, clinical psychologists are available at the Student Counseling Room and the Health Support Center. Please refer to the following website:

• Support Anywhere
• 理工学術院問い合わせ・各種相談
• Faculty Contacts & Academic Advisor

理工学術院独自の学びを支えるサポート/Support for learning offered by the FSE

• 数学Q&A
• 物理Q＆A　（ご参考：2022年度／後日更新予定）
• 情報Q＆A

9．お問い合わせ/ Inquiry

• 教学支援課：授業・学費・証明書・学生生活等
• Academic & Student Affairs Section: in charge of Course taking, Tuition fee, Certificate, Student life

※成績・科目登録については、MyWasedaログイン画面左下「成績照会　科目登録専用」をご利用ください。
*For your inquiries about grades and course registration, please contact via “Grades & Course registration” on MyWaseda log-in page.

2023年度 基幹・創造・先進理工学部一般選抜（2月16、17日実施）の「英語」および「物理」「化学」のマーク解答問題について、解答を公表いたします。なお、上記科目に加え「数学」「生物」「空間表現」の「試験問題」および「記述解答問題の出題意図」については、6月ごろをめどに公表予定です。

• 2023年度理工一般 解答（英語）
• 2023年度理工一般 解答（物理・化学）

※ お問い合わせいただいた内容は本学で確認し、必要がある場合は、学術院Webページもしくは入学センターWebページに掲載いたします。個別に回答することはいたしません。

公募要領_早稲田大学社会環境工学科

制約をもつ組合せ最適化問題をイジング計算機で効率的かつ高精度に解くための新たな手法を開発

変数の個数を削減し性能向上、ソフトウェアへの応用に期待

発表のポイント

イジング計算機で現実世界の組合せ最適化問題を解くためには、最適化問題に含まれる多くの制約群を効率的に取り扱う必要がある。

本研究では、線形制約をイジング計算機で取り扱うための新しい手法として、組合せ最適化問題の記述に必要な変数の個数を削減し、イジング計算機の性能を改善する手法を構築した。

本手法を取り込んだイジング計算機ソフトウェアの開発により、高精度に現実世界の組合せ最適化問題を解くことが期待できる。

量子アニーリング計算機^※1をはじめとするイジング計算機^※2を現実世界の組合せ最適化問題^※3に活用するためには、組合せ最適化問題がもつ制約を効率的に取り扱うことが重要となります。この問題に対して、早稲田大学理工学術院講師の白井達彦（しらい たつひこ）氏、同大学理工学術院教授の戸川望（とがわ のぞむ）氏らの研究グループは、線形制約^※4をもつ組合せ最適化問題を、イジング計算機で効率的に解くための新しい手法（以下、本手法とする）を開発しました（図１）。この手法は、制約を用いて束縛スピンを自由スピンで表現することにより、自由スピンのみで組合せ最適化問題を記述するもので、本研究グループは、本手法を量子アニーリング計算機等のイジング計算機に適用し、既存イジング計算機でその有効性を確認しました。

本研究成果は、米国のIEEE Computer Societyが発行する『IEEE Transactions on Computers』online版にEarly Access Articlesとして2023年1月24日（火）（現地時間）に掲載されました。論文名：Spin-variable reduction method for handling linear equality constraints in Ising machines

（１）これまでの研究で分かっていたこと（科学史的・歴史的な背景など）

現実世界のあらゆるところに存在する組合せ最適化問題は、大規模になるほど従来型のコンピュータで最適解を得ることが困難になるため、様々な解法が研究されています。中でも近年、量子アニーリング計算機をはじめとしたイジング計算機と呼ばれる新しいタイプの計算機が注目されています。イジング計算機は組合せ最適化問題の答えを得るのに特化した計算機です。イジング計算機は国内外で研究開発され、一般のユーザーもクラウド上で使用できる段階になっています。

しかし、イジング計算機を活用するにはまだ課題が多くあります。とくに、イジング計算機を使う際には、組合せ最適化問題を、スピン（イジング計算機における計算の単位。+1あるいは-1の二値をとる。）を変数にもつイジングモデルに変換する必要があります。ハードウェア制約により、現状のイジング計算機に入力可能なスピンの個数が制限されるため、組合せ最適化問題を少ないスピンの個数で効率的にイジングモデルに定式化することが重要となります。制約をもつ組合せ最適化問題をイジングモデルに定式化する手法として、これまでペナルティ法^※6が用いられていました。しかし、ペナルティ法では十分なスピン数の削減を達成できてはいませんでした。

（２）今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

今回の研究では、連立一次方程式を解く一般的な手法である変数消去法のアイデアに基づいて、制約をもつ組合せ最適化問題をより少ない変数で記述する手法を構築しました。

まず、線形制約を利用することで、自由スピンと束縛スピンとに分離することを考えます。束縛スピンは、自由スピンの線形関数によって与えられます。たとえば、図1は、4個の頂点をもつグラフを2個の頂点をもつ2個のグラフに分割する問題です。各頂点について1個のスピンを対応させます。すると4個のスピンが必要となります。4個のスピンのうち、2個は赤丸（+1）、2個は青丸（-1）とする必要があります。これが制約です。ところが4個のスピンすべてを必ずしも独立に扱う必要はありません。4個のスピンのうち、任意の3個を自由スピン、1個を束縛スピンとします。すると、３個の自由スピンのうち１個が赤丸（+1）のとき束縛スピンは赤丸（+1）、一方で２個が赤丸（+1）のとき束縛スピンは青丸（-1）となることがわかります。自由スピンの値から自動的に束縛スピンの値が決まることになります。つまり、1個の束縛スピンを用いずに3個の自由スピンだけを用いて「3個の自由スピンのうち１個か２個を赤丸（+1）にせよ」という問題に置き換えることができます。本来4個のスピンが必要であった問題を、3個のスピンで記述できたことになります。

この考えを使い、我々は束縛スピンを用いずに、自由スピンのみを用いてもともとの組合せ最適化問題を記述できることを明らかにしました。上記のように組合せ最適化問題を自由スピンのみを用いて記述しているため、従来手法であるペナルティ法と比較して、必要なスピンの個数を削減することができます。自由スピンを変数とするイジングモデルを与えることによって、既存のイジング計算機に本手法を導入することができます。

 （３）そのために新しく開発した手法

本手法を用いて線形制約をもつ組合せ最適化問題をイジング計算機で解法することを考えます。さきほどの例では、4個のスピンのうち任意の1個を束縛スピンとしましたが、実際の線形制約の場合には、束縛スピンを任意に選択することはできません。つまり、どのスピンを束縛スピンあるいは自由スピンとして選択するかがポイントとなります。

そこで、束縛スピンを選択するための条件を理論的に明らかにしました。この条件が満たされるとき、本手法によって組合せ最適化問題の解の最適性が保たれることを理論的に証明しました。さらに本研究では、多数の線形制約をもつ組合せ最適化問題を、本手法で記述するためのアルゴリズムを提案しました。このアルゴリズムを用いることで、現実世界に現れるほぼすべての線形制約つき組合せ最適化問題に対して、本手法を適用することができます。とくに典型的な制約をもつ組合せ最適化問題に対して、具体的なイジングモデルの一般形を与えました。

（４）従来手法との比較

工場と地点が同じ個数与えられたとき、各工場を各地点に割り当てたときの地点間の輸送コストの合計を最小化する組合せ最適化問題である「二次割当問題」は、これまでイジング計算機で解法することが困難とされてきました。この二次割当問題に対して、本手法を組み込んだ場合と組み込まなかった場合（ペナルティ法）とを比較しました。その結果、必要なスピン数を削減しつつ、平均して残留エネルギー^※7を19%削減し、本手法の有効性が確認できました（図2）。

（５）研究の波及効果や社会的影響

本手法を使うことによって、必要最小限の変数の個数で組合せ最適化問題を解くことが可能になるため、イジング計算機を実利用する際に、変数の個数を削減し、また制約をもつ組合せ最適化問題を解法しやすい形式で解くことができます。本手法は既存のイジング計算機に簡単に導入することができることから、本手法を組み込んだソフトウェアの開発によって、イジング計算機で線形制約を取り扱う手法のスタンダードとなることが期待されます。

（６）今後の課題

イジング計算機は現在活発にハードウェアの性能向上が図られています。しかし、現状では利用可能なスピン数が限られているために、扱うことのできる組合せ最適化問題のサイズが限定されています。本研究は、イジング計算機が扱う問題のサイズを拡大するための有力な手法の一つですが、今後はさらに、実世界に見られる様々な問題に対し適用し、本手法の有効性を検証していく必要があります。

（７）研究者のコメント

本研究で開発した手法を使うことで、今後イジング計算機の性能がさらに改善し、新たにイジング計算機を活用できる事例が増えることを期待します。

 （８）用語解説

※1　量子アニーリング計算機

組合せ最適化問題を高速に解決すると期待される計算機。量子効果により量子重ね合わせ状態を実現させ、それを初期状態として用意し、徐々に量子効果を弱める。同時に組合せ最適化問題を表現するイジングモデルの効果を強めることにより、イジングモデルの安定状態を実現させるという機構で動作する。

※2　イジング計算機

組合せ最適化問題をイジングモデルで表現し、組合せ最適化問題を解決するマシンの総称。上記、量子アニーリング計算機はイジング計算機の一種である。

※3　組合せ最適化問題

膨大な選択肢の中から､与えられた制約を満たしつつ、関数の最小値（または最大値）をとる選択肢を求める問題の総称。制約とは守らなければならないルールをさす。

※4　線形制約

変数が満たす必要のある線形等式のこと。たとえば、図１で赤丸と青丸の個数が等しいという制約は、という線形等式で与えられる（は番目の頂点が赤色、は番目の頂点が青色に対応する）。

※5　グラフ分割問題

与えられたグラフの頂点集合を２個の部分集合に分割する問題。それぞれの部分集合に含まれる頂点の個数を等しくするという制約の下、異なる部分集合の間を繋ぐ辺の数を最小にする組合せ最適化問題。

※6　ペナルティ法

制約つき最適化問題を制約なし最適化問題に変換する一つの方法。

※7　残留エネルギー

イジング計算機で組合せ最適化問題を解いた際に得られた解の精度を評価する指標の一つ。得られた解の目的関数の値と真の最適解の目的関数の値の差で与えられ、値が小さいほど解の精度が良いことを表す。

 （９）論文情報

雑誌名：IEEE Transactions on Computers
論文名：Spin-variable reduction method for handling linear equality constraints in Ising machines
執筆者名（所属機関名）：Tatsuhiko Shirai（早稲田大学）, Nozomu Togawa（早稲田大学）
※　所属は論文投稿時
掲載日（現地時間）：2023年1月24日
掲載URL：https://ieeexplore.ieee.org/document/10025381
DOI：https://doi.org/10.1109/TC.2023.3239539

（10）研究助成（外部資金による助成を受けた研究実施の場合）

研究費名・研究課題名：科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「地理空間情報を自在に操るイジング計算機の新展開」（JPMJCR19K4）
研究代表者名：戸川望（早稲田大学・教授）
早稲田大学における研究代表者名：理工学術院　教授　戸川望

研究費名・研究課題名：基盤研究(C)「量子古典ハイブリッド計算技術による物質シミュレーション高速化手法の研究」
研究代表者名：田中宗（慶應義塾大学・准教授）
早稲田大学における研究代表者名：理工学術院　講師　白井達彦

最大性能の巨大負熱膨張物質

材料組織観察の結果を用いた物質設計

【要点】

最大の体積減少を示す負熱膨張物質を開発

コヒーレント放射光と電子顕微鏡による材料組織観察に基づいて物質を設計

光通信や半導体分野で利用される熱膨張抑制材としての活用を期待

【概要】

東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の西久保匠、酒井雄樹両特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所常勤研究員）、東正樹教授、量子科学技術研究開発機構の綿貫徹放射光科学研究センター長、大阪公立大学の森茂生教授らの研究グループは、昇温することでこれまでで最大の9.3％の体積収縮を示す巨大負熱膨張（用語1）物質Pb_0.8Bi_0.1Sr_0.1VO₃を開発した。

負熱膨張物質は、光通信や半導体製造装置などの構造材で、精密な位置決めを妨げる熱膨張を相殺（キャンセル）できる。体積の大きい低温相と小さい高温相が空間的に混在しながら共存する様子を初めて観測し、その結果に基づいて体積収縮を最大化する化学組成を決定した。

研究成果は1月18日に米国化学会誌｢Chemistry of Materials｣のオンライン版に掲載された。

研究グループには、東京工業大学の今井孝大学院生（研究当時）、高輝度光科学研究センターの水牧仁一朗主幹研究員、河口彰吾主幹研究員、量子科学技術研究開発機構の押目典宏研究員、島田歩派遣職員、菅原健人技術員、大和田謙二グループリーダー、町田晃彦上席研究員、東レリサーチセンターの久留島康輔研究員、早稲田大学の溝川貴司教授が参画した。

研究の背景

物質の多くは、温度が上昇すると、熱膨張によって長さや体積が増大する。日常生活においては熱膨張の体積変化の影響は大きくないが、光通信や半導体製造など、精密な位置決めや部材の寸法管理が要求される局面では、このわずかな熱膨張が機能や精度低下につながる問題になる。例えばLSIでは、Siチップと基板、充填剤の熱膨張の違いが信頼性の低下につながる。そこで、温度が上昇すると収縮するという、“負の熱膨張”を持つ物質によって、構造材の熱膨張を相殺（キャンセル）することが試みられている。

これまで最大の体積収縮を示す物質は、同グループが見つけたペロブスカイト構造（用語2）の鉛（Pb）、ビスマス（Bi）、バナジウム（V）、酸素（O）からなる酸化物Pb_0.8Bi_0.2VO₃で、400 Kから800 Kの昇温で7.9％の体積収縮が観測されていた。ベースとなる物質のPbVO₃は代表的な強誘電体（用語3）であるPbTiO₃と同じ極性（用語4）の正方晶構造を持ち、室温で圧力を加えると10.6％の体積減少を伴って非極性の立方晶相へ転移するが、常圧下で昇温すると分解してしまい、負熱膨張は示さない。PbをBiで置換すると、常圧での昇温によって立方晶相へ転移する負熱膨張を示すようになるが、Pb_0.8Bi_0.2VO₃の低温正方晶相の体積がPbVO₃より小さいため、温度上昇による体積収縮は10.6％ではなく、7.9％に減少してしまう。体積の大きな低温正方晶相と体積の小さな高温立方晶相が相分率を変えながら共存するため、平均の体積は連続的に減少する。これら２相が作る材料組織を最適化することで負熱膨張が起こる温度範囲を制御できると期待されるが、2相がどのように空間的に分布しているかはこれまで不明であった。

研究成果

今回の研究では、PbVO₃のPbをBiではなくストロンチウム（Sr）で置換すると、正方晶の体積が減少しないまま立方晶相と2相共存するようになること、また、温度を変えても2相共存状態が変化せず、正方晶や立方晶単相に変化しないため、安定に取り出せることを見いだした。そこでPb_0.82Sr_0.18VO₃に対して走査透過電子顕微鏡（用語5）観察を行い、正方晶と立方晶の接合界面を原子スケールで観察することに成功した。さらに、大型放射光施設SPring-8（用語6）のビームラインBL22XUでブラッグコヒーレントX線回折イメージング（用語7）と呼ばれる観察を行い、1つの結晶粒の中の正方晶相、立方晶相の空間的な分布を明らかにした（図1）。

また、立方晶を出現させる効果を持つSrに加えて、温度変化による相変化を促す効果を持つBiでもPbを置換することで、PbVO­₃が本来持つ大きな体積変化を保ったままで負熱膨張を起こすことに成功し、SPring-8のビームラインBL02B2での放射光Ｘ線回折実験（用語8）で調べた微視的な格子定数（用語9）の変化から、Pb_0.8Bi_0.1Sr_0.1VO₃では低温正方晶相と高温立方晶相の体積差が11.1%もあり、450 Kから700 Kへの昇温で 9.3％もの体積収縮を示すことを確認した（図2）。この値はこれまでで最大であり、Smartecの商品名で市販されているマンガン窒化物負熱膨張材料の1.4%や、BNFOの商品名を持つBiNi_0.85Fe_0.15O₃の2.4%と比べて巨大である。

 

社会的インパクト

負熱膨張材料は、半導体や精密加工で問題になる熱膨張を解決できるとして、大きな注目を集めている。今回の成果はこれまでで最大の体積収縮を示す材料を発見しただけでなく、材料組織の観測手法を確立した点で、今後の材料開発に大きく貢献すると期待される。

 今後の展開

今回開発したPb_0.8Bi_0.1Sr_0.1VO₃は、9.3％も体積が収縮する巨大な負熱膨張を示すが、温度履歴（用語10）が大きいという問題を持つ。こうした問題は正方晶相、立方晶相が共存する材料組織を最適化することで解決できると考えられるため、ブラッグコヒーレントX線回折イメージングによる組織観察で、昇降温を繰り返すことによる組織の変化を明らかにし、温度履歴の低減につなげたい。

付記

本研究の一部は、神奈川県立産業技術総合研究所・有望シーズ展開事業｢次世代機能性酸化物材料プロジェクト｣（リーダー：東正樹 東京工業大学 教授）、日本学術振興会・科学研究費補助金・基盤研究S｢革新的負熱膨張材料を用いた熱膨張制御｣（代表：東正樹 東京工業大学 教授）、特別推進研究「光と物質の一体的量子動力学が生み出す新しい光誘起協同現象物質開拓への挑戦」（代表：腰原伸也 東京工業大学 教授）、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業CREST「非晶質前駆体を用いた高機能性ペロブスカイト関連化合物の開発」（代表：東正樹 東京工業大学 教授）の助成を受けて行った。

【用語説明】

(1) 負熱膨張：

通常の物質は温めると体積や長さが増大する、正の熱膨張を示す。しかし、一部の物質は温めることで可逆的に収縮する。こうした性質を負熱膨張と呼び、ゼロ熱膨張材料を開発する上で重要である。

(2) ペロブスカイト構造：

一般式ABO₃で表される元素組成を持つ、金属酸化物の代表的な結晶構造。

(3) 強誘電体：

誘電体（絶縁体）の一種で、外部電場がなくとも電気分極の方向が揃っており、また、外部電場によってその方向を変化できる物質。

(4) 極性：

結晶構造中の陽イオン、陰イオンの変位のため、正の電荷と負の電荷の重心が一致せず、電気分極を持つこと。

(5) 走査透過電子顕微鏡：

電子顕微鏡の一種。1ナノメートル（1億分の1センチメートル）程度まで細く絞った電子線を試料上で走査し、試料により透過散乱された電子線の強度で試料中の原子を直接観察する。

(6) 大型放射光施設SPring-8：

兵庫県の播磨科学公園都市にある、世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設で、利用者支援等は高輝度光科学研究センター（JASRI）が行っている。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeV（ギガ電子ボルト）に由来する。放射光とは、電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、電磁石によって進行方向を曲げた時に発生する、指向性が高く強力な電磁波のこと。SPring-8では、この放射光を用いて、ナノテクノロジーやバイオテクノロジー、産業利用まで幅広い研究が行われている。

(7) ブラッグコヒーレントX線回折イメージング：

数十ナノメートル～数マイクロメートルサイズの結晶粒子一粒を３次元可視化する計測技術。コヒーレントX線を利用したイメージング（コヒーレントX線回折イメージング）の一種で、結晶特有のブラッグ回折を利用する。原子の並び方に敏感であり、密度差として区別が難しい結晶内部の歪分布や相共存状態などを精度よく調べることが可能。今回は量研機構の専用装置を用いた。

(8) 放射光X線回折実験：

物質の構造を調べる方法。放射光X線を試料に照射し、回折強度を調べることで結晶構造（原子の並び方や原子間の距離）を決定する。

(9) 格子定数：

結晶構造中の原子の繰り返し周期の長さ。

(10) 温度履歴：

昇温時の体積収縮と降温時の膨張が起こる温度が一致しないこと。

【論文情報】

掲載誌： Chemistry of Materials
論文タイトル：Polar-Nonpolar Transition Type Negative Thermal Expansion with 11.1% Volume Shrinkage by Design
著者：Takumi Nishikubo, Takashi Imai, Yuki Sakai, Masaichiro Mizumaki, Shogo Kawaguchi, Norihiro Oshime, Ayumu Shimada, Kento Sugawara, Kenji Ohwada, Akihiko Machida, Tetsu Watanuki, Kosuke Kurushima, Shigeo Mori, Takashi Mizokawa and Masaki Azuma
DOI：10.1021/acs.chemmater.2c02304

早大理工、2024年度から導入

全国の高等専門学校生を対象とする新たな編入学制度（指定校推薦）を開始

早稲田大学（東京都新宿区、総長：田中愛治、以下、早大）は、早大理工系の三学部（基幹理工学部・創造理工学部・先進理工学部、以下、早大理工）にて、工学系の学科・コースを有する全国の高等専門学校（以下、高専）に在籍する専門学校生を対象とした新たな編入学試験制度（指定校推薦、以下、新入試制度）を、2024年度より導入いたします。

【新入試制度概要】

制度名称：高等専門学校対象編入学試験（指定校推薦型）
実施学部：基幹理工学部、創造理工学部、先進理工学部
入学時期：2024年4月1日
試験方式：学校推薦型選抜（指定校推薦型入試）
編入年次：２年次または３年次（学科によって異なります）【下表参照】。
募集人員：各学科 若干名
募集学科：

推薦依頼指定校：早大内部基準に従って、学部ごとに毎年選出します。
推薦依頼時期：2023年1月中旬
※選考日程、出願可能な早大理工の学部・学科等の情報は、対象となる推薦依頼指定校に個別に伝達しています。

１．新入試制度導入の背景

早大は、創立150周年である2032年を見据えた中長期計画「Waseda Vision150」を策定し、その教旨で謳われている「学問を活用」する力を備えた「模範国民の造就」を一層進めるべく、教育研究の改革を進めています。早大の教旨における「模範国民」とは、地域や国内というローカルな場から、アジアや世界というグローバルな場に渡る様々なレベルにおいて、複雑化する現代の課題解決に挑む、叡智・志・実行力を兼ね備えた人材を指します。

早大が建学以来取り組んできたこのような人材育成をさらに加速するためには、高い志を持った優秀な学生を募集していく必要があります。新型コロナウイルスや地球温暖化など、明確な答えのない問題への対応が一層求められている現在、変化に対して受け身ではなく、主体的に関わりながら自ら問題を解決できる人材を育成するためには、多様なバックグラウンドを持つ入学者の選抜を実施することが必須と考えています。

早大は入試改革を「Waseda Vision150」における13の核心戦略のトップに据え、真に求める人材に入学してもらうべく検討と実践を継続的に推進しています。

２．新入試制度の目的

早大理工では、入試改革の具現化の一環として、新入試制度を導入することとしました。目的は以下の通りです。

• 高等学校普通科出身の学生等とは異なる経験・技能を有する高専生を幅広く受け入れることによって、学生間の交流による相乗効果を高めていきます。
• 早大の教育・研究リソースによって、理工系の専門家を志向する高専生が持つ潜在能力や将来の可能性を開花させていきます。
• 高度な人材を輩出している高専と信頼関係を構築することによって、高専における早大理工の存在感を高めていきます。

３．新入試制度の目標

早大理工は、新入試制度の導入によって毎年一定数の高専生を幅広く受け入れることを目指しています。これによって成し遂げたい目標は以下の通りです。

• 全国に設置されている高専に指定校枠を幅広く設け、首都東京の新宿にキャンパスが位置し、ダイバーシティに富み、奨学金制度や学生寮が充実する早大理工で学ぶ意欲を抱く優秀な学生を推薦していただくことで、入学者の出身地域の多様性の確保を目指していきます。
• 大学編入を希望している高専生にとって、早大理工への編入が自身の未来を拓く魅力的な選択肢として位置付けられることを目指していきます。
• 編入生の受け入れを出発点として、高専の教員との交流に発展させ、強い連携体制の構築を目指していきます。

４．２年次編入について

早大理工が実施している教育の全体的な特徴は、大学院への進学を前提とした高度な専門教育を入学後比較的早い段階から実施していることにあります。また、早大理工の各学科では、標準的な専門科目に加えて他大学の理工系学科では設置されていない学科独自の専門科目を、所属学生の専門性を高めるために多数用意しています。

新入試制度を設けるにあたり、早大理工は、上述した専門教育の特徴、受入学科の学問分野、受入学科と高専学科のカリキュラムの連続性を考慮したり、高専生が編入前に高専で取得した単位を、早大入学後の学部卒業単位としての認定を積極的に精査したりするなど、各学科のカリキュラムに合わせて編入した高専生の育成を第一に制度設計を行いました。そのため、編入学は３年次からが一般的ですが、新入試制度では導入する９学科のうち7学科で「２年次編入」としました。

５．出願資格

在籍学校長が人物、学業ともに優れていると認めるもので、以下、a ～ e のすべてを満たす者。

a. 推薦依頼のあった高等専門学校の学科・コースに在籍し、2024年3月に高等専門学校(本科)を卒業見込の者。
b. 推薦を依頼する早大理工の学部・学科への入学を第一志望とする者。
c. 入学後の勉学に関して明確な志向と意欲を持ち、それにふさわしい能力を備えた者。
d. 出願開始日から起算して、過去2年以内に受験したTOEFL-iBT（TOEFL-ITPは不可）、
IELTS（Academic Module）、TOEIC（IP、Speaking & Writingは不可）の内いずれかのスコアを出願期間内に提出可能な者。
e. 学業成績において、次の基準を満たす者。
① 4年次の学年の学科現員に対する学業成績の席次が、上位10％以内の者
② 席次を定めない高等専門学校では、在籍学校長が①と同等と認めて推薦する者

以上

サイバーフィジカルインフラに向けた高信頼シームレスアクセスネットワークに関する研究開発を開始

「サイバーフィジカルインフラに向けた高信頼シームレスアクセスネットワークに関する研究開発」が情報通信研究機構の委託研究に採択

三菱電機株式会社（東京都千代田区、執行役社長　漆間啓、以下、三菱電機）、学校法人早稲田大学（東京都新宿区、理事長　田中愛治、以下、早稲田大学）、学校法人立命館（京都府京都市、理事長　森島朋三、以下、立命館大学）、国立大学法人名古屋工業大学（愛知県名古屋市、学長　木下隆利、以下、名古屋工業大学）、一般財団法人電力中央研究所（東京都千代田区、理事長　松浦昌則、以下、電力中央研究所）、公益財団法人鉄道総合技術研究所（東京都国分寺市、理事長　渡辺郁夫、以下、鉄道総合技術研究所）は共同で、国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT(エヌアイシーティー))の委託研究「Beyond 5G機能実現型プログラムのうち一般課題」（採択番号04901）に応募し、採択されました。

本研究では、100 GHz帯の大容量通信デバイスの大幅な高出力化（目標出力10 W級）とアクセス伝送技術により、高速移動体や広域での10 Gbps以上の無線通信を可能とする要素技術の開発を行います。さらに、その無線通信と光ファイバ通信を融合したシームレスネットワークの制御技術を開発してネットワークの高信頼化を進め、電力システムにおける「電力ネットワークのリアルタイムスマートデジタルツイン（RSDT）」や、鉄道インフラにおける「状態に基づいたメンテナンス（状態監視保全：CBM）」に利用可能なプラットフォーム構築技術の確立を目指し、インフラ監視システムのユースケースでの機能実証を行います。

本研究では、以下の項目に取り組みます。

1. シームレスアクセス要素技術の研究開発

1-a）アクセス伝送技術に関する研究開発（早稲田大学）
1-b）ハイパワーテラヘルツデバイス技術に関する研究開発（三菱電機）
1-c）大容量通信デバイスに関する研究開発（立命館大学）

2. シームレスアクセスネットワークに関する研究開発

2-a）有無線ネットワーク制御技術に関する研究開発（名古屋工業大学）
2-b）高信頼通信ネットワークに関する研究開発（電力中央研究所）
2-c）鉄道インフラ監視システムに関する研究開発（鉄道総合技術研究所）

※本委託研究における本学の研究代表者は、理工学術院　川西哲也教授です。

本委託研究は2022年度(令和4年度)から2025年度（令和7年度）までの4年間実施の予定です。契約は約5億円での単年度毎であり、継続評価を受け契約更新を行います。

（参考リンク）
NICTウェブページ「Beyond 5G研究開発促進事業（一般型）」に係る令和4年度新規委託研究の公募（第1回）の結果
https://www.nict.go.jp/publicity/topics/2022/08/05-1.html