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細胞同士が助け合うメカニズムを、物理学と経済学を横断しつつ理解する

左から順に、畠山哲央助教、受賞者の山岸純平さん、金子邦彦教授。
畠山助教・金子教授は、山岸さんの論文の共著者でもある。

 
細胞同士が自身にとって必要な物質を漏らし、相互にやり取りすることで、細胞間の分業や共生が進んで細胞が集団的に繁栄することを、物理学を基盤とした数理モデルを通じて明らかにしました。また、このような漏出を経済学の理論を用いて解析することで薬剤投与への応答を新たに予言し、逆にミクロ経済学における知見も得られました。一連の研究成果は国内外の学会で報告され、成果の一部が国際学術雑誌に論文として掲載されるなど、高い評価を得ました。
 

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  留年を恐れずに、好きなことをして嫌いなことはしないでください。

ミクロな世界の運動法則を美しく説明する

 
身の回りにある物質は電子や原子が相互作用して形作られています。このようなミクロな世界の運動を記述する物理法則を、量子力学と呼びます。量子力学を基礎にした科学技術は日進月歩の発展を遂げつつあり、以前は夢物語であった量子シミュレータや量子コンピュータが世界中の研究拠点で研究されています。
この研究では、物性物理学の量子多体系の理論と、量子光学で確立された開放量子系の理論を巧みに組み合わせ、開いた量子多体系に関する多くの先駆的研究を行いました。特に開放系の視点を取り入れることで、新奇な量子臨界現象の普遍クラスを発見しました。さらに、環境と強く結合した開放量子系について現存する最高の数値計算手法よりも格段に高効率な理論手法を開発することに成功しました。この分野で最も名誉あるハーバード大学のフェローシップを日本人で初めて授与されるなど、これらの成果は国際的にも高く評価されました。
 

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  Be curious!

地球上の様々な植物の情報を、AI技術で自動的に割り出す

 
移動可能な3次元センサーを用いて植物を計測し、そのデータを、深層学習や3次元点群処理などの技術を用いて解析しました。結果、植物を自動的に検出したり、植物の構造（高さ、幹の太さ、葉の密度など）に関する情報を自動的に推定することに成功しました。この技術をドローンや自動運転などの技術と組み合わせることによって、大気浄化や二酸化炭素固定など様々な環境浄化機能を有する植物の適切な評価が行えるようになり、環境と人類の調和した未来を切り拓くことが期待されます。
 

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  東大には、高みを目指して切磋琢磨できる仲間やそれを支えてくれる先生がたくさんいます。受験勉強は大変ですが、仲間と支えあい、第一志望に合格することを願っています。

物理学の未開拓領域の礎を築く

 
物理学は、いくつかの基礎概念をもとに自然現象の普遍法則を描くこと、つまり、基礎理論の構築に取り組んできました。しかし、物理学の基礎理論への挑戦は、非平衡開放系等を対象とする非エルミート物理という領域においてはほとんど発展していませんでした。そこで、非エルミート物理において、「対称性」と「トポロジー」という、最も本質的な問題に取り組み、その理論的枠組みの構築を試みました。その結果、従来の基本対称性が統一および分岐するという事実を発見し、非エルミートなトポロジカル相を包括的に分類する一般理論を提示することができました。一連の研究成果は、基礎理論として重要であると同時に、新しい現象や機能を切り開くものとして、高く評価されました。
 

生命体の中のミクロな変化は、どのようにして起こるのか

 
RNAサイレンシングという、真核生物において遺伝子の発現を調節する機構の一つに注目しました。特に、この機構で中心的な役割を担うアルゴノートタンパク質が、小さなRNAを取り込む際にダイナミックに構造を変化させる様子を1分子レベルで捉えることに成功しました。同様の構造変化を必要とすると考えられるタンパク質は細胞内に数百あることが知られています。よってこの成果はRNAサイレンシング分野のみならず、タンパク質の構造変化とその機能を理解するという観点からも極めて重要です。研究の成果は海外の学術誌に掲載されただけでなく、日本学術振興会育志賞を受賞するなど、高い評価を受けました。
 

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  高校生の時には、なぜこんなにも広範囲の勉強をしなくてはならないのだろうとずっと疑問に思っていました。しかし、その当時一生懸命に勉強していたことが、今になって大いに役立っていると感じています。高校生の頃が勉強に一番集中できる時期と思いますので、今のうちに頑張って様々な知識を身に着けてください。

AI技術を用いて、新たな材料を計画的に創り出す

 
実社会の様々な場面で利用されているゼオライトと呼ばれる材料群を対象として、スーパーコンピューターを用いた大規模理論計算や人工知能（AI）、機械学習によるデータマイニング等の手法を用いて材料開発を行いました。その結果、特異な原子位置、組成をもったゼオライトの結晶化に成功し、高い評価を受けました。ゼオライトの合成分野は、歴史があるにもかかわらずガイドラインが確立されておらず、この成果はこの分野の発展に大きく貢献したと言えます。また、実験化学、計算機化学、データサイエンスを融合させた本研究の成果は、目的に適合的な材料を得るための膨大な試行錯誤の手順を大幅に軽減できる可能性を秘めています。
 

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  私が受験生の頃、「効率的な勉強法」を標榜する本や、わかりやすく噛み砕かれた予備校や塾の授業が尊ばれていました。しかし、これらは往々にして、受験勉強という局所的な問題へと、自分を過剰に適合させてしまうと感じています。実際の学問や社会の場では、整理も構造化もされていない情報を自ら泥臭く読み解き、血肉にしなければなりません。受験勉強だけにオーバーフィットするのではなく、その外側の問題にも通じるような頑強なメンタルモデルを身につけ、進学してください。

新物質の電気伝導現象を解明。省電力デバイスへの応用に期待大

 
トポロジカル絶縁体とは、内部が絶縁体で、表面にのみ電子の運動方向と垂直方向にスピンが偏極した金属状態を有する物質です。これに磁性の性質を付与すると、磁性トポロジカル絶縁体という新しい物質になります。この磁性トポロジカル絶縁体の表面の電気と磁気との関係が、通常の物質と大きく異なることに注目しました。この電気と磁気の相互作用を輸送測定から明らかにすることを試み、その結果、既存の半導体材料では実現しえない多彩な電気伝導現象を発見しました。一連の成果は海外の学術誌に掲載され、高く評価されました。今後は省電力デバイスの開発への応用が期待できます。
 

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  常日頃から世の中の（自然）現象にアンテナを張り、自らの知識と頭で考えてみる癖をつけてください。

課外活動・社会活動編はこちら

構成／「キミの東大」企画・編集チーム

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