大学院生命ナノシステム科学研究科／データサイエンス学部 立川教授、日本コンピュータ化学会学会赏受赏
2018.07.03
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立川教授、日本コンピュータ化学会学会赏受赏
2018 年6月7日（木）、8日（金）に東京工業大学大岡山キャンパスで開催された、日本コンピュータ化学会2018春季年会において国際総合科学群大学院生命ナノシステム科学研究科?データサイエンス学部 立川仁典教授が日本コンピュータ化学会「学会賞」（課題名：量子多成分系分子理論の開発と応用）を受賞しました。
この学会赏は、「コンピュータ化学の発展に関する多岐にわたる业绩が、我が国のコンピュータ化学分野の学术ならびに技术水準の向上に多大な贡献をしたと认められたもの」に授与されるもので、今回の受赏は13人目となります。また本学会赏の评価基準として、学术研究だけでなく、「コンピュータ化学の多様な产业技术への実践的応用と产学连携によるコンピュータ化学の発展への贡献」についても明记されている点は、一つの特徴でもあります。
このたび、立川先生に研究活动と受赏の感想をインタビューしました。
この学会赏は、「コンピュータ化学の発展に関する多岐にわたる业绩が、我が国のコンピュータ化学分野の学术ならびに技术水準の向上に多大な贡献をしたと认められたもの」に授与されるもので、今回の受赏は13人目となります。また本学会赏の评価基準として、学术研究だけでなく、「コンピュータ化学の多様な产业技术への実践的応用と产学连携によるコンピュータ化学の発展への贡献」についても明记されている点は、一つの特徴でもあります。
このたび、立川先生に研究活动と受赏の感想をインタビューしました。
図１ コンピュータ化学会会长?细矢治夫氏から学会赏を授与される立川仁典教授
１． 日本コンピュータ化学会 学会賞を受賞されましたが、先生のどのような研究活動が評価されたことによるのでしょうか。
私はこの１５年间にわたり、本学にて「量子物理化学研究室」を主宰してきました。生命科学?化学?物理学、そしてそれら各分野の境界领域には、とてつもなく広大な「未开の知」が拡がっています。私の研究室では、本学会名にもなっている「コンピュータ」を用いたシミュレーションやデータサイエンス的手法を駆使して、様々な自然科学现象の理解、そして予测に挑み、この「未开の知」を开拓しています。その中でも私の研究の基轴は、従来手法や既存のプログラム（アプリ）だけでは达成できないような、より精緻なシミュレーションの実现にあります。すなわち、①新しい理论手法?计算手法?统计手法の开発とプログラム（アプリ）への実装、そして②本手法を駆使した现実系（実社会）への応用展开です。今回の受赏では、「横浜市立大学量子物理化学研究室」での、このような私の研究の基轴を评価いただけたものと考えております。以下、本学会赏で评価いただいた当研究室の研究活动を、具体的に绍介させていただきます。
まず「我が国のコンピュータ化学分野の技术水準の向上への贡献」としては、①の新しい手法の开発が挙げられます。精緻なシミュレーションを実现するために、粒子をビーズで繋げてネックレスのように表现する手法（経路积分法摆1闭）、またサイコロを振って（乱数を用いて）物质の状态をシミュレーションする手法（量子モンテカルロ法摆2闭）を开発してきました（详しくはへ）。これらの手法の特徴は、いずれも复数台のコンピュータを効率的に使用できるアルゴリズム（＝并列化）を内包している、という点にあります。実际に我々の课题は、、数千台の计算机を用いた実装実験で100%近い并列化効率を达成し、かつ世界最高精度の计算を実现することに成功しました摆1,2闭。今后の超并列计算机环境においても、我々の手法は大きく贡献できるものと期待されています。
次に「我が国のコンピュータ化学分野の学术水準の向上への贡献」としては、②开発した手法を駆使して「未开の知」を果敢に开拓している点が挙げられます。当研究室を立ち上げた际、実験的にも理论的にも未踏な问题を解决するために、新たな「」を構築しました。水素は森羅万象の科学現象を引き起こす中心的な役割を果たします。本研究により、例えば、水素結合型強誘電体やたんぱく質中における特殊な水素結合等に見られる、水素原子の量子揺らぎ（量子水素）が関与する現象や、H/D同位体効果に伴う物理量の変化を理論的に再現し、それらのメカニズムを明らかにすることができました[1,3] （図２）。このような「量子水素の科学」の研究は、物理化学的な基礎研究に新しい局面を開くだけでなく、材料科学から生命科学といった多岐にわたる研究分野、とりわけ水素エネルギー関連技術といった応用分野への新展開にも繋がるものと考えています。
一方、我々の手法は、従来の计算化学の方法では扱うことができなかった、阳电子（电子の反物质）やミューオンを含む化合物にも适用可能であることも见出しました摆2,4闭（図２）。阳电子は対消灭による非破壊测定という特性から、工学や医疗（例えば笔贰罢）等の幅広い応用分野で既に実用化されてはいますが、分子レベルでの详细は十分に解明されていませんでした。我々の开発した手法を応用することで、分子レベルで実験结果を再现するだけでなく、阳电子付着のメカニズムを説明することにも成功し、その结果を多くの実験研究者にフィードバックしてきました。
もう一点、本学会赏の受赏理由に欠かせないのが、「コンピュータ化学の多様な产业技术への実践的応用と产学连携によるコンピュータ化学の発展への贡献」です。我々は、产业界での积极的な计算科学支援を目的に、产业界の视点に立った产学连携によるアプリの开発?実装を行っています。具体的には、化学?材料系製造业との连携として、计算科学の基础から応用までの支援だけでなく、产业界との共同研究の推进や、さらには社会人学生の受入れも、积极的に実施しています。なお产学连携に関しては、本学第1期学术的研究推进事业「产学连携等支援プロジェクト」（平成28年度～30年度）にてご支援いただいていることを付记しておきます。
図２ 量子多成分系分子理论の概念図
２．受赏された感想と今后の研究活动について
このたび、日本コンピュータ化学会にて学会赏を受赏できましたことは、身に余る光栄と心より感谢申し上げます。歴代受赏者１２名の大先辈方に引けを取らぬよう、今后もより一层研究に励む所存です。我々の开発してきた理论手法?计算手法?统计手法は、确かに従来手法では解釈が困难であった多くの実験事実に対して、明确な解釈を与えることに成功してきました。しかしながら「実在系」また「予测という逆问题」を対象とすると、解决すべき课题は依然として数多く残されています。より実构造に近い高精度?大规模计算をどのように実现していくのか、またどのように计算机を駆使して予测していくのか、、、データサイエンスへの展开や产学连携がキーワードとなるでしょう。
横浜市立大学にて量子物理化学研究室を主宰し、お阴様で１５周年を迎えることができました（図３、図４）。普段あまり过去を振り返る余裕も无く、この１５年间は、猪突猛进、とにかくがむしゃらに突き进んできた（进んでいる）というのが正直なところです。これまで１１名のスタッフおよび５０名の学生に恵まれ、３４名の修士と５名の博士を产官学に辈出してきました。研究室运営では横浜市大らしさを活かし、特に研究室全体のチーム力を重视して研究に切磋琢磨してきました。このような当研究室学生との共同研究こそが、本受赏の契机となったことは言うまでもありません。本学会赏の受赏者は立川となってはいるものの、心强いサポートをしてくれたスタッフや学生诸君による寄与が大きく、むしろ研究室チーム全体としての受赏であったことを改めて强调しておきたいと思います。
最后になりましたが、未だ発展途上ではあるものの研究室がここまで成长できたのは、ひとえに横浜市大の教员?职员の皆様、国内外の先生方のご指导、研究室スタッフによるサポート、家族の理解、そして何よりも研究室を盛り上げてくれた学生诸君の顽张りとそのチーム力のお阴であります。この场をお借りして、改めて感谢の気持ちをお伝え申し上げます。さらなる研究?教育に迈进していく所存でありますので、今后とも我々横浜市立大学量子物理化学研究室への、引き続き変わらぬご指导を赐りますよう宜しくお愿い申し上げます。
図３ 量子物理化学研究室１５周年记念会
図４ 2018年度量子物理化学研究室
[1] MT and M. Shiga, J. Am. Chem. Soc. (Communication), 127, 11908-11909 (2005). A. Hayashi, M. Shiga, and MT, J. Chem. Phys., 125, 204309 (9 pages) (2006). K. Suzuki, M. Shiga, and MT, J. Chem. Phys., 129, 144310 (8pages) (2008). K. Suzuki, MT, and M. Shiga, J. Chem. Phys., 132, 144108 (7pages) (2010). Y. Kawashima and MT, J. Chem. Theor. Comput., 10, 153-163 (2014). T. Kawatsu and MT, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 1673-1684 (2018).
[2] T. Saito, MT, C. Ohe, K. Iguchi, and K. Suzuki, J. Phys. Chem., 100, 6057-6060 (1996). Y. Kita, R. Maezono, MT, M. Towler, and R. J. Needs, J. Chem. Phys., 131, 134310 (6pages) (2009), 135, 054108 (5pages) (2011). Y. Yamada, Y. Kita, and MT, Phys. Rev. A, 89, 062711 (5pages) (2014).
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