エネルギー問題も解決！　「可逆計算」を使うプログラミング研究

未来のコンピュータに使える「可逆計算」とは

コンピュータ・プログラムの情報処理は、「計算」によって行われます。その計算の多くは元に戻せない「非可逆計算」です。例えば3＋2の答え5から元の3と2は一意には導き出せません（1＋4や0＋5といった可能性も）。
一方、「可逆計算」では、計算結果から元の入力を一意に導き出せるような仕組みが用いられます。例えば、3と2を使って3＋2＝5、3ー2＝1という答えが得られますが、これらの答えをもとに (5＋1)÷2＝3、 (5－1)÷2＝2 という計算をすれば、元の入力である3と2が一意に得られます。
このような可逆計算は、量子コンピューティングの理論的基礎であり、低消費電力な高性能計算を実現する未来のコンピュータシステムの鍵として発展していくことが期待されています。

可逆計算をプログラミング言語に応用

可逆計算を支援するプログラミング言語の理論も研究されています。可逆的に動作するプログラムの仕組みを使うことで、これまでにない新しい使い方が可能になり、プログラミングの幅が広がっています。
すべてのプログラムは、「構造化定理」によれば、1つの入口と1つの出口をもつ部品を3つの制御構造を「順次、分岐、繰返し」という組合せをすれば作れると知られています。これに基づく構造化プログラミングは、現在では標準的な手法となっています。従来、構造化定理の可逆版は成り立たないと考えられていました。しかし、成り立つことが理論的に証明され、可逆プログラミングにおいても、構造化プログラミングが使われています。

AI時代のエネルギー問題も解決

可逆計算のメリットの1つは、情報が失われることによるエネルギー消費が、原理的に全くないことです。
現在、AIが大量に使われるようになり、その膨大な計算をする際のエネルギー消費が問題になってきています。AI研究者には、可逆計算によりエネルギー需要が大幅に削減されると予測する人もいて、エネルギー問題の解決につながることを期待する人もいます。

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先生情報 / 大学情報

南山大学理工学部電子情報工学科教授横山哲郎先生

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コンピュータサイエンス

先生が目指すSDGs

メッセージ

日常の課題をコンピュータ技術で解決する現代では、計算論的思考を身につけることは非常に重要です。この思考法は、小学生から企業のマネージャーに至るまで役立つ技能です。例えば、世界のウェブサイト数が2倍になっても、検索時間が2倍かかるわけではなく、プログラムの工夫により計算量の増加を抑えることができます。こうした効率化のアイデアを考えられる能力が計算論的思考です。私の研究室では、その能力を備えた学生を育て、社会に送り出すことを目指します。ぜひ、計算論的思考と共に未来への新たな一歩を踏み出してください。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

南山大学に関心を持ったあなたは

南山大学は、人文学部、外国語学部、経済学部、経営学部、法学部、総合政策学部、理工学部、国際教養学部の全8学部18学科を擁する、中部地区を含む西日本唯一のカトリック総合大学です。海外からの留学生も多く、国際性豊かなキャンパスです。
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