ケンブリッジ大学クレアホール 夏季Visiting Students研修報告
2019年度レポート 工学系研究科 先端学際工学専攻 博士課程3年 張 超
研修概要
当研修制度は、東京大学先端科学技術研究センター及びケンブリッジ大学クレアホールの提携（2006年～）を基にしたものである。毎年東京大学の大学院生・研究職員若干名をクレアホールに派遣し、滞在型研究やケンブリッジ大学の講義に取り組ませる。筆者は2019年8月1日～24日までケンブリッジに滞在し、前半の2週間は主に当校のBusiness and Entrepreneurship サマープログラムに参加し、後半の約1週間は主に研究室や企業を訪問した。サマープログラムでは、スタートアップを立ち上げるためのプロセス、会社経営の知識を習得し、海外の起業現状等について理解を深めた。続いて、筆者のこれまで研究開発分野（光通信、量子鍵配送、三次元計測）と関連する研究室や企業を訪問すると同時に、見識や視野を広げるために他分野の研究室も訪問した。これらの経験を通して、各分野の最新動向について知見を深め、自分の研究との融合の可能性も見出した。また、今後の研究開発活動のための貴重な人脈を作ることができたので、様々な面で実りある研修になった。
クレアホール
ケンブリッジ大学のカレッジでは、異分野の学生達が寄宿して交流できるという特徴を持っている。クレアホールは、1326年に設立されたクレアカレッジから派生する形で1966年に新設された。セルウィンカレッジ等のような歴史のあるケンブリッジ大学のカレッジのダイニングホールではハリーポッター等に出てくるハイテーブルと呼ばれる教職員や来客専用の食事スペースが設けられているが、クレアホールのダイニングルームではそれはなく、大きな窓を有した開放的な空間があり、格式張らずに教職員と学生が隣り合って食事を楽しむことができる。イギリス料理に関しては否定的なイメージが存在するが、少なくともクレアホールのダイニングルームでは極めて美味しい食事を堪能できる。そして、毎週水曜日の夕方ではクレアホールでセミナーが開催され、クレアホールが招いた著名な研究者等の講演会を聴講した後に正式なディナーが開催される。
筆者はクレアホールのBrian Pippard Buildingの一室に3週間ほど滞在させて頂いた。ここでは宿泊部屋（各学生に一部屋）の他に、共用のシャワー室、キッチン、ラウンジ等が整っている。キッチンを利用する時は、同じ建物の滞在者と会話する機会があり、交流の場として機能している。この他に、クレアホール内にはコインランドリー、駐車場、駐輪場等も整備されている。筆者は先端研の過去のクレアホール訪問者のアドバイスに倣って、現地到着後にレンタル自転車を調達した。これにより講義、訪問、駅への移動等の際は非常にフットワークが軽かったので、短期間に第一線で活躍中の研究者を数多く訪問することができた。また滞在中は、クレアホールの学長で弁護士でもあるDavid Ibbetson教授及びSenior Tutorで金融地理学専門のIan Black博士等に食事を招待して頂き、大変光栄な経験をさせて頂いた。
- 写真左：クレアホール入口 写真右：クレアホール中庭
- 写真左：PresidentのDavid Ibbetson教授と 写真右：クレアホールのダイニングルームの食事
サマープログラム
今回は2週間に渡り、Business and Entrepreneurship サマープログラムに参加した。これはケンブリッジ大学が主催しているサマープログラムの一つであり、講義はクレアホールから自転車で約7分のケンブリッジ大学の Judge Business Schoolで実施される。講義は朝9時当たりに始まり、15時当たりから17時頃まではグループワークに取り組む。
- 写真左：ビジネススクールでの講義 写真右：最終日のグループワークの発表
- 写真左：グループワークメンバー 写真右：ビジネススクール食堂の食事
夕食を取った後、20時頃からLady Mitchell Hallで約1時間の夕方講演会を聴講する。本講演会は全サマープログラムが聴講でき、講堂はクレアホールから自転車で約3分という近距離に位置している。Business and Entrepreneurship サマープログラムには世界数十か国から集まった60人を超える受講者が参加した。受講者の中には、シアトル大学MBAプログラムの主任、MIT卒でケンブリッジでコンサルティングベンチャーを経営している社長、東大OGで産総研勤務の方、東大経済学部の学生、英国弁護士、米国公認会計士、スイス連邦工科大学チューリッヒ校の研究員、インドのITベンチャーの学生起業家、そして世界各国の学生等を含む多種多様なバックグラウンドを持った方達がいた。本講義は当校のMBAプログラムのダイジェスト版のような位置づけにあり、ビジネスについて幅広くカバーした構成となっている。受講生はこの2週間の集中講義を通して、Product design, prototyping and MVP (minimum viable product), service provision, marketing delivery, value proposition, defining the customer, route to market, business model, revenue streams, types of funding, risk reward return, cash flow, manufacturing and logistics, intellectual property (IP)等のテーマに関して講義を受け、資金の集め方、多種多様な収益モデル、マーケティングにおけるbeachhead戦略や広告の作り方、チームの重要性、欧州で重要視されている製品のデザインの重要性、特許や商標の種類及びその性質等について学ぶ。また、毎日約2時間グループワークがあり、講義で習得した知識を取り入れてビジネスプランを提案し、最終日に発表を行う。講師にはビジネス専門の教員をはじめ実業家や投資家が招かれており、経験談を交えた講義が行われた。もちろん、専門外の筆者にとってビジネスについて包括的に学ぶことは有益であったが、それよりも講師や受講生との人脈形成の方がより貴重であるように感じた。
訪問活動
8月2日 アストン大学（バーミンガム）訪問
訪問先: Richard Nock教授、Mala Sadik氏、Yang Lu氏、Yong Yang博士
こちらでは量子鍵配送、疑似ランダム変調連続光ライダー、ディジタル回路設計、フラッシュ型三次元計測技術について議論した。量子鍵配送技術によるユーザ認証システムへの導入の可能性、疑似ランダム変調連続光ライダーの空間分解能の限界、フラッシュ型ライダーの空間分解能の制限要因等について情報収集した。また、Sadik氏が得意とするディジタル回路設計について議論し、ディジタル回路設計における検証作業について情報収集した。続いて、テーパ光ファイバ及びSurface Nanoscale Axial Photonics (SNAP)共振器についてお伺いした。先方の貴重なテーパ光ファイバ作製装置を拝見すると同時に、Yang博士の説明を通してSNAP共振器の原理について知ることができた。筆者の所属している山下・セット研でもテーパ光ファイバを取り扱っているため、先方と共同でSNAPへの研究に進出することも考えたい。最後に、Sugden教授の研究室に立ち入らせて頂いた。こちらの研究内容はレーザによる加工技術であり、当研究室でOptical Coherence Tomography (OCT) Phatom設計に携わっている大学院生のLu氏にご案内して頂いた。本技術では、フェムト秒パルスレーザ(1064 nm)をガラス素材に照射し、多光子吸収を経てガラス中に三次元模様を書き込む。そして、作製された貴重なサンプルも拝見させて頂いた。山下セット研では神崎研と共同研究でフェムト秒パルスレーザ(1064nm)を用いた生体計測に取り組んでおり、これに伴う物理現象も同じ多光子吸収である。今後先方との共同研究の可能性も考えたい。
- 左よりNock教授、筆者、Lu氏、Yang博士
8月10日～ 8月11日 Institut de Physique du Globe de Paris（パリ地球物理研究所）、パリ第3大学(新ソルボンヌ大学)、Collège de France、ノートルダム大聖堂を訪問
訪問先: Liqing Jiao博士 (パリ地球物理研究所)
Jiao博士の所属研究室の紹介- Jiao博士は、かつてフランス科学アカデミー会員で地質学分野の世界的権威であるPaul Tapponnier教授より約8年に渡り薫陶を受けたことがある。Jiao博士のご専門は地殻学分野における数値解析やモデリングで、筆者は過去に光通信等の数値計算に取り組んだことがあったので、Jiao氏とは主に計算方法等に関して議論した。光ファイバ通信の場合は光波の電界の変化を非線形シュレーディンガー方程式等を用いて計算し、光無線通信の場合は大気揺らぎを考慮した統計モデルを用いて計算し、量子鍵配送の場合は量子光学の原理に基づいて計算を行う。Jiao博士の場合は、大陸プレートの移動や地震に伴う地殻変動の振る舞いを古典力学に基づいて数値解析を実施している。筆者は今後余裕があれば、Jiao博士との議論を基に力学シミュレーションに取り組んでみたいと考えている。実は、筆者の所属する山下・セット研究室ではカーボンナノチューブの光学特性について長年研究を重ねてきたが、まだその機械的性質については開拓していない。カーボン素材を軌道エレベータへ適用するという話もあるため、夢のある宇宙探求に挑戦したいとも考えている。
Jiao博士と議論した後、同研究所内にある故マリー・キュリー教授が100年前に使用していた実験室等を案内して頂いた。改装されたものの、建物は当時の面影を残しており、キュリー教授の写真等が部屋の中に飾られていた。1898年にキュリー教授はラジウムを発見したが、当時彼女がラジウムの運搬に使用したトローリも建物の外に置かれてあった。また、キュリー教授が当時講義をしていた教室も残されており、その前に案内して頂いた。こちらも改装されたが、非常に歴史の重みが感じられる空間であった。
- 左よりキュリー教授が使用していた実験室、ラジウム運搬に使用したトローリ、講義に使っていた教室
2日目はJiao博士の案内の元、パリ第3大学(新ソルボンヌ大学)、Collège de France、ノートルダム大聖堂を見学した。パリ第3大学は特に言語学、近代文学、演劇、英語等の文学及び舞台・映像芸術の分野の研究で、フランスでも最も評価の高い大学の一つである。一方、Collège de Franceは500年に近い歴史を有し、フランスにおける学問・教育の頂点に位置する国立の特別高等教育機関である。そして、ノートルダム大聖堂はゴシック建築を代表する建物であり、ローマ・カトリック教会の大聖堂である。「パリのセーヌ河岸」という名称で、周辺の文化遺産とともに1991年にユネスコの世界遺産に登録された。
- 写真左：パリ第3大学 写真右：Collège de France正面玄関
ノートルダム大聖堂は2019年4月15日から16日にかけて、火災により建物が損傷した。火災発生から2日以内に世界中から修復のための寄付金約10億ドルが集まった。当時マクロン大統領は修復の約束をしたが、約800年の歴史のある建物をどのように忠実に修復するか疑問が出ていた。そのような渦中の真っただ中で朗報が出てきた。実は2010年に、Vassar大学のAndrew Tallon博士及びコロンビア大学のPaul Blaer博士が協力し、Leica社製三次元レーザスキャナScanStation C10を用いて大聖堂をスキャンし、約10億点の三次元点群データを事前に取得していた。恐らくこのデータを参考にして、現在も修復に向けて工事が行われている。
- 修復中のノートルダム大聖堂
実は筆者は現在先端研で工業計測用の三次元レーザスキャナの研究をしており、本スキャナを用いて文化財等を含むデジタルアーカイブに応用することも射程に入れている。文化財の三次元データがあれば、災害後に正確かつ迅速な復興が可能となる。また、これまで博物館における展示では、高額費用を伴う運搬作業が必要であったが、三次元データを展示することでこのような作業及び費用を省くことができる。さらに、観客は文化財に直接アクセスする必要がなくなるため、運搬できない文化財の閲覧も可能となる。したがって、世界中の博物館で三次元データの展示を普及させるという三次元革命の可能性が秘められている。ところが、現状の3Dカメラは分解能が低い、黒色の部位や反射率の高い部位を正確に測定できない等の問題を抱えてり、既存のレーザスキャナは雑音特性が悪い等の問題があり、新しい三次元計測手法に期待が寄せられている。8月11日当日はあまり時間が取れなかったが、現地現物という観点では実物のノートル大聖堂を拝見することができたのは貴重な体験であった。
8月18日 Imperial College London, University College London(UCL)訪問
この日はケンブリッジからロンドンに足を運び、Imperial College London及びUniversity College London(UCL)を訪問した。残念ながら、夏季休暇ということもあり2大学とも訪問先を見つけることができなかった。Imperial College Londonでは電気電子工学科を含めて敷地内を見学した。電気電子工学科の入り口に下のプレートを飾られており、当校のDennis Gabor教授のノーベル物理学賞受賞の功績について讃えられている。Gabor教授は1947年に波面の再構築により電子顕微鏡の性能を改善できることを発見した。この発見は後に三次元計測のための光ホログラフィの基盤技術となった。しかしながら、光ホログラフィの実現のためにはコヒーレントな光源を必要としたためレーザの出現を待つこととなった。Gabor教授は上述の功績が評価されて1971年にノーベル物理学賞を受賞した。実は先端研初代センター長の大越孝敬教授はかつてホログラフィの研究に従事していた。後に大越教授は元先端研の菊池和朗教授と共にコヒーレント光通信を提唱し、現在コヒーレント通信は次世代の光通信のデファクトスタンダードになっている。
- 写真左：Imperial College Lodon電気電子工学科前 写真右：当校ノーベル賞受賞者Dennis Gabor教授について
UCLでは工学部を中心に見学した。当校工学部にはダーウィンビルディングという建物がある。Charles Darwin教授はかつてケンブリッジ大学でキリスト教神学を学んでいる時に自然史への興味を育んだ。そして、後の1859年に「種の起源」を発表したことは世界的に有名な話である。実はDarwin教授は理由あって当校でこの進化論を発表した。その経緯は以下のようである。UCLは当初からユニバーシティ（カレッジとは区別される）として設立された。これに対して、既得権益を失うことを恐れたオックスブリッジは様々な圧力をUCLにかけ、大学としての地位を剥奪しようとした。また、イングランド国教会は、その無宗教に基づく設立を理由に、学位を授与するのに必要な王立憲章を認可することに反対した。しかし、UCLは1836年11月28日に王立憲章を獲得し、UCLとして大学法人の地位を得た。このUCLの無宗教性は、大学と学問の発展にも大きな影響を与えることになった。Darwin教授の進化論は、当時のキリスト教思想を真っ向から否定することになるため、キリスト教研究を目的として設立されたケンブリッジ大学で発表することは許されなかった。そして、彼は当時唯一の無宗教大学のUCLで進化論を発表することになった。このような歴史の重みを感じながら、当日はUCLを後にしてケンブリッジに戻った。実は、ケンブリッジ大学にもダーウィンカレッジという大学院生のみで構成されたカレッジがある。これはDarwin教授を記念して1964年に設立されたケンブリッジ大学を構成するカレッジの一つである。
- UCL工学部ダーウィンビルディングの前
8月19日 ケンブリッジグラフェンセンターを訪問 訪問先： Tawfique Hasan教授
ケンブリッジ大学のケンブリッジグラフェンセンターで光デバイスについて研究しているHasan教授の研究室を訪問した。Hasan教授のご専門は材料系で、D型光ファイバへグラフェンの堆積に関する研究、インクジェット方式による光電回路の作製等についてお伺いした。筆者の所属する研究室もグラフェンやカーボンナノチューブのようなカーボン材料を取り扱っているため、関連するお話を聞くことができた。また当研究室は最近、約50-100um長の極小分光器の作製に成功したばかりで、成果はサイエンス誌に採択されている。Hasan教授には筆者がこれまで研究してきた光通信、量子鍵配送、三次元計測等についてご紹介し、ディジタル回路設計のようなエンジニアリングについてもお話をすることができた。
- Hasan教授と
8月20日 ケンブリッジ大学工学部電気工学科を訪問 訪問先： Seb Savory教授
ケンブリッジ大学工学部のSavory教授は光ファイバ通信の権威であり、特にディジタルコヒーレント光ファイバ通信の分野で数多くの成果を上げている。筆者も約十年前同分野の研究に携わったため、昔の話に花を咲かせながらSavory教授と談話した。現在、先生の研究はネットワーク寄りに進展しており、100Gbit/s、400Gbit/s、600Gbit/s、1Tbit/sコネクションのデータ通信に関する研究やディジタルコヒーレント技術を用いた光アクセスネットワーク等についてお伺いした。当研究室には250kmの光ファイバ伝送路があり、波長選択スイッチ等でトラフィックを制御してネットワーク実験が実施されている。この他に、Savory教授とは、光無線通信、量子鍵配送、三次元計測等について議論した。
- Savory教授と
8月21日 日立ケンブリッジ研究所、キャベンディッシュ研究所 訪問先：三浦勝哉副所長
続いて、日立ケンブリッジ研究所を訪問した。あいにく所長の山田教授は所用でいらっしゃらなかったが、三浦副所長に当研究所及びキャベンディッシュ研究所付属の博物館までご案内して頂き、大変有意義な訪問になった。三浦副所長には主に量子コンピュータについてご紹介して頂いた。当研究所はCMOS技術を用いた量子コンピュータの構築に取り組んでいる。CMOSは、携帯電話、コンピュータや自動車等従来のあらゆる情報処理機器に遍在する技術である。こちらでは、トランジスタ内に閉じ込めた単一電子のスピンを極低温で利用することで、開発費用を抑えると同時に、スケーラブルなソリューションを実現することを目指している。ご紹介の途中で、三浦副所長は先端研の中村泰信教授の研究成果にも触れ、先端研の知名度を改めて実感することができた。
- 写真左：日立ケンブリッジ研究所 写真中： 三浦副所長と 写真右：キャベンディッシュ博物館（マックスウェルが使用していたデスク）
8月22日 ケンブリッジ大学地理学科 訪問先： Gabriel Amable博士
続いて、ケンブリッジ大学の地理学科のAmable博士を訪問した。Amable博士のご専門はレーザスキャナを用いた地形測量である。筆者も現在レーザスキャナの研究に携わっているおり、大変興味深くお話を聞かせて頂いた。こちらでは、航空レーザ測量や三次元点群データから、市場発展まで幅広くお話を伺うことができた。
8月22日 東芝欧州研究所 ケンブリッジ研究所 訪問先： Robert Woodward博士
Woodward博士とは主に光通信と量子鍵配送について議論した。当研究所は、標準的な通信用光ファイバを用いて通信距離を500km以上に拡大する量子暗号通信の新方式「ツインフィールド量子鍵配送」を開発した。従来の量子暗号通信では、単一光子が光ファイバの一端からもう片方の端まで送られるが、ツインフィールド量子鍵配送では、光パルスが光ファイバの両端から中間点に向けて送られ、中間点で光子が検出される。その結果を利用して、両端で暗号鍵を共有する。そして、光パルス送信器や検出器を従来の量子暗号通信と同じ原理で動作できることをシミュレーションで確認し、安全性や通信速度は従来と同様の性能を維持しつつ、通信距離を従来の最大2倍にできることを示した。
- 写真左：東芝欧州研究所 ケンブリッジ研究所 写真右：Woodward博士と
謝辞
最後に、筆者の恩師の山下真司教授及びセットジイヨン准教授、クレアホールクラブ会長浜窪隆雄教授及び牧原出教授、先端研経営戦略企画室岡松絵里子氏及び事務室の関連の方々、訪問を受け入れて頂いた先生方、現地でお会いしたすべての方々に、深く感謝の意を表する。
