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　Laboratory of Information Photonics,
　Department of Information and Physical Sciences,
　Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University


フォトニックナノスケールオートマトン

ナノスケール領域においてコンピュータ機能を実現するナノスケールオートマトンに関する研究を行っています．マイクロスケールの光スポットの中にDNAで構成される多数のナノ情報媒体を配置することにより，フォトニック技術の重要な特徴である空間並列性を活かしながら，ナノスケールでの情報処理や制御を行うことが可能になります．フォトニックナノスケールオートマトンは，DNAコンピューティングの新しい応用展開であると同時に，光コンピューティング技術の具体的な発展形態を提示する情報科学技術のフロンティアです．
図１にフォトニックナノスケールオートマトンの概念を示します．マイクロスケールでは光を，ナノスケールではDNAを情報媒体として利用することにより，高い演算能力と演算自由度をもつ情報システムを構築できます．光とDNAを協調的に動作させるための光DNA制御技術として，垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）アレイを用いたDNAクラスタの並列輸送技術や，レーザー照射に基づく局所DNA反応技術を開発しました．また，これらの技術を用いて，簡単なナノスケールオートマトンを制御した結果を図２に示します．
図１　フォトニックナノスケールオートマトンの概念．空間は，光スポットで規定されるマイクロスケールの領域に分割される．各マイクロスケール領域には多数のDNAが存在し，それぞれがナノスケールオートマトンとして機能する．光パターンの制御により，光とDNAを協調的に利用した情報処理を実行する． 図２　光によるナノスケールオートマトンの制御．左：ヘアピンDNAを用いたマイクロビーズ上でのオートマトンの状態遷移．緑で示すDNAがビーズから離れた状態（状態１）と結合した状態（状態２）間の遷移を光で制御する．右：実験結果．時間的に光照射パターンを変化することにより，状態遷移を制御できることがわかる．
  1. Y. Ogura, T. Kawakami, F. Sumiyama, A. Suyama, and J. Tanida, "Parallel translation of DNA clusters by VCSEL array trapping and temperature control with laser illumination," Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2943, pp. 10-18 (2004).
  2. Y. Ogura, T. Beppu, F. Sumiyama, and J. Tanid, "Toward photonic DNA computing: developing optical techniques for parallel manipulation of DNA," Proc. SPIE Vol. 5897, pp. 34-43 (2005).
  3. J. Tanida, Y. Ogura, and S. Saito, "Photonic DNA computing: concept and implementation," in 20th Congress of the International Commission for Optics on CD-ROM, 0407-206 (2005).