× 地方創生 × 東北大学

仙台から「元気」を発信！
量子アニーリング グループ分け最適化アプリで地方創生を考えようGroup16【Colorful】

“Groupinq”とは？
アプリケーションロゴデザイン“Groupinq” は、量子アニーリングを活用したグループ分けアプリケーション
東北大学「QA4U」
から生まれたアプリ

読み方：ぐるーぴんきゅー
Quantumの「Ｑ」をかけている
デザイン：Daigo Honda
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地方創生を「仙台市」で考える
地方創生を「仙台市」で検討、量子アニーリンググループ分け最適化アプリの「地方創生ユースケース」を提案する

× 地方創生 × 東北大学
“Groupinq” は、量子アニーリングを活用したグループ分けアプリケーション
東北大学「QA4U」
から生まれたアプリ× 震災から１０年以上、復興支援はまだ必要
 災害対策には、まず地域コミュティの醸成から
 COVID-１９で大変な飲食店を支援したい Go To キャンペーン再開？仙台に行きたい！
 仙台市の「関係人口」を増やす
 進む少子高齢化、人口増にもかかわらず減少する生産年齢人口。婚活、友活3

“Groupinq”のこれまでメンバーは“Groupinq”のグループ分けで集められた！
初めてリアルで会ったのは１０月「量子コンピューティングEXPO」
6/12 「ＱＡ４Ｕ」演習編２回目
6/29 「ＱＡ４Ｕ」卒業試験
10/6 国際会議 Qubits 2021
（D-Wave Systems Inc.主催）

10/28 量子コンピューティングＥＸＰＯ【秋】
ライブプレゼンテーション

量子アニーリングソリューションコンテスト
会場で配布したポストカード

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Group16 【Ｃｏｌｏｒｆｕｌ】 メンバー紹介
社会人、大学院生、学部生、高校生「多様性」がColorfulの強み
Ａチーム：数理、プログラミング
Ｂチーム：ビジネス企画、ＵＩ、デザイン
本田 大悟
株式会社リネア

熊澤 康太郎

畑上 絢太郎

仙台市第二高等学校

東京工業大学
物質理工学院

武者 拓真

大田 渓介

横浜サイエンスフロンティア高校

大阪大学
工学部
勝部 瞭太

Apricot （Takako.W）

東北大学大学院
理学研究科

会社員

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グループ名とロゴ
Group16を「色（いろ）」と読み替えて、いろんな人が集まる「Colorful」というグループ名に決定！
円と円が組み合わさっている

量子力学をイメージ

色々な色が組み合わさっている

一人ひとりの個性を表現

色々な形が組み合わさっている

皆、協力して完成させたことを表現

ロゴ＆マークデザイン：Takuma Musha テンプレート：Apricot
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“Groupinq”のコンセプト
グループ分けの機会は、世の中にあふれている
誰でも素早く簡単にグループ分けが可能
要件や要望に合わせて、量子コンピュータが最適なグループ分け
参加者用アンケートを作るだけ！
遠足の班づくり球技大会のチーム

研修チーム分け
Ｚｏｏｍ飲み会

班分け
席替え

PＴＡ活動
町内会係決め

子供たち

会社員

教育現場

大人たち

単に量子コンピュータを使ってみたい
量子に興味がある人

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“Groupinq”の使い方
アンケート入力
参加者がそれぞれアンケート入力

Excelデータにまとめる

New!
グループ分けごとに参加者用アンケートは異なるためどのようなアンケートがいいか？
サンプル検討中Excelデータ投入

グループができた！

“Groupinq”でグループ最適化

量子アニーリングでグループ分け

グループ数、各グループ定員指定可能

グループ分けの方針に沿って最適化可能

New!
個々の参加者から多様性／類似性を選べる機能を検討中

多様性／類似性やグループの求める人物像など 方針に従って最適化
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アプリケーション実装
WEBブラウザからアクセス

Python, FlaskでWebアプリ実装

AWS Elastic Beanstalk

アンケート結果、グルーピング結果のJSONファイルを一時的に保存（ブラウザアクセス時のみ）

API呼び出しHybrid BQM Solver
Hybrid CQM Solverから選択して使用（OpenJij SQA Sampler
選択時はアプリ内で動作）

Amazon S3

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なぜグループ分けで量子アニーリング？
グループ分けに求められる「最適性」• 制約条件の充足、一定方針に基づいたグループ分け（コスト関数の低減）は求められる。
• しかし、厳密な最適性は求められない。明確なKPIはなく、主観的判断も入る。
• 毎回同じ結果より、多少のゆらぎがあった方が面白い！
→ベストな解を一つより、ベターなサンプルが複数あった方がうれしい。
D-Wave、Google等からなる研究チームが、量子アニーリングの解の多様性について評価指標を提唱
arXiv:2110.10560, 2110.10196

量子アニーリングのいいところ• サンプラーとして使用できる• メンバー同士、メンバーとグループの相性（相互作用）を扱うのに向いている→多様な○○を集めるといったテーマに向いているのではないか？
QA4Uのテーマ 「最適化された個性と多様性」
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× 地方創生 × 東北大学
地方創生を「仙台市」で検討
ユースケース提案

「仙台市」を調べる、学ぶ
RESAS、V-RESAS等を活用し、データから紐解く進む少子高齢化(仙台市データ）

東北地方に関心を寄せる人は多い（東北地方データ）
テレワーク移住など、今後、首都圏から地方移住が増える可能性もある
東日本大震災後、ずっと関心を持ち続けている人が多い可能性もある
関係人口×エリア｜分析コラム | 地方創生図鑑
https://www.chihousouseizukan.go.jp/analysis/0002.php

COVID-19で低迷する飲食店、宿泊施設（宮城県データ）
COVID-19の影響
Ｇo to 施策時期の大幅な伸び
何らかのＰＵＳＨが必要

ゆるやかに生産年齢人口の減少が続き、高齢者の増加の伸び方が高く、少子高齢化に歯止めがかからない
転出より転入が多いが、東北近隣の移動が主
サマリー機能 /RESAS 地域経済分析システム
https://summary.resas.go.jp/summary.html

新型コロナウイルス感染症が地域経済に与える影響の可視化
https://v-resas.go.jp/

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「仙台市」の素敵なところ

仙台城跡
仙台七夕
秋保大滝

伊達政宗公

仙台こけし
<写真＞
Musha Takuma
AＣ素材
宮城・仙台の写真素材サイト せんぴく
宮城県観光プロモーション推進室

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「仙台市」活性化するためには？
雇用

仙台市
地域活性化

少子化対策

学生と企業のマッチング

集団説明会
グルーピング

婚活パーティ

席次表

街コン
大人の友達作り

飲食店/
観光スポット提案

コミュニティ醸成

高校生地域交流

体験ツアー
BBQグループ

東北大学「QA4U」

もぐにーｅスポーツ大会

文化祭巡り

量子ｄｅプラレール大会14もぐにーｅスポーツ大会
量子もぐら叩きゲームのグループ戦！
「QA4U」のアプリは最高に面白い！

×「QA4U」
グループ分けアプリ「QA4U」
もぐら叩きゲーム参加者をグループ分け、優勝するのはどのグループだ！？
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QuaRail 量子ｄｅプラレール大会
美しいプラレール作りをグループで！
エントリーできなかった

QuaRail「QA4U」アプリ
こんなに面白い×「QA4U」
グループ分けアプリ

開発は今後も継続予定！

「QA4U」
プラレールレイアウト
設計アプリ

最も美しい量子プラレールを組み立てるのは、どのグループだ！？
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地方創生「ユースケース」検討
グループ分けの機会は「仙台市」にも、あふれている
量子婚活街コン

婚活パーティ席次表にも使えそう After COVID-19 リアルな出会い増 ＡＩ婚活はウェルカムの風潮×リアルの組合せ（ＡＩマッチング「みやマリ！」予約２か月待ち※出典次ページ掲載)

 “Groupinq”で参加者グループ分け（類似性選択） お薦めスポット側の飲食店側もグループ分け

スイーツ好きＢ級グルメ好き
お肉好き

ケーキ・お菓子
Ｂ級グルメコース
焼肉・牛タン

量子がお薦め！地元企業説明会
 学生側が「スキル、志向性」をアンケート入力
 企業側も「求めている理系人材」を登録
 学生側が、複数企業がお薦めされて、効率よく回れる 答えはひとつでないことがポイント

理系学生さん達

複数企業

複数同士のマッチング

大人の友だちづくり=地域コミュニティ
高校生向け地域交流 文化祭巡り
 きっと来年はリアルな文化祭
 学校が違うと案外知り合う機会がない
 文化祭開催校と他校の生徒で一緒に回る班づくり

開催校

A班科学班
B班音楽班
C班歴史班

歴史好き 訪問校
吹奏楽部
理科大好き

 意外と難しい「大人の友だち」づくり
 職場以外の友だちを身近で作ろう、仙台市で 「街巡り」「謎解き」など

仙台が好き！体験型ツアー
 仙台市メンバー情報「ワイナリー」「ウイスキー蒸溜所」「温泉」
 例えばバーベキューの席次や体験のグループ分け
 仙台ミステリーツアー→グループ分けして、行先は…
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この「ユースケース」にフォーカス！
量子婚活街コンもしかして量子婚？

After COVID-19 リアルな出会い増

ＡＩ婚活はウェルカムの風潮×リアルの組合せ
宮城県婚活支援事業 ＡＩマッチング「みやマリ！」予約２か月待ち※

“Groupinq”で参加者グループ分け（類似性、多様性を参加者が選択）

お薦めスポット、飲食店側もグループ分けが可能

お肉な気分

焼肉・牛タン

魚介の気分

野菜鍋・温野菜

野菜の気分

お寿司、牡蠣

※人気殺到で予約は２カ月待ち 婚活支援「みやマリ!」〈仙台市〉 (21/11/22 20:09)
https://www.youtube.com/watch?v=n64JiLg6rrc

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まとめ
“Groupinq”を使える形に量子アニーリングをもっと身近に、もっと気軽に。使いやすく。
 「ＱＡ４Ｕ」参加者約２５０名→４０のグループ分けに成功、安定の実績
 不特定多数が継続安定利用できる実用化は、ハードルが高く難しいがログイン利用数をごく少数に制限をかければ、現行のリソースでも実用は可能
 経費問題をクリアする必要はあるので、実証実験という形で、スモールスタートを考えたい 今回のユースケースの利用条件に耐えられるかどうかは検証していく
色々な利用パターンを検証し、アプリの精度をあげていく そして、多くの人に愛されるアプリに育てていきたい19この後は、デモとＱＵＢＯのご説明です

デモは、YouTubeにてご覧いただけます。
https://www.youtube.com/watch?v=NaLT-OtRBSs

コスト関数（QUBO）の定式化
2𝐸 𝑥 = ෍ ෍ 𝑍𝑖𝑗 𝑥𝑖𝑘 𝑥𝑗𝑘 + ෍ ෍ 𝑀𝑖𝑘 𝑥𝑖𝑘 + 𝜆1 ෍ ෍ 𝑥𝑖𝑘 − 1𝑘 𝑖≠𝑗𝑘𝑖

アンケート回答を反映する項• 参加者同士の相性• 参加者とグループの相性

𝑖𝑘+ 𝜆2 ෍ ෍ 𝑥𝑖𝑘 − 𝐺𝑘𝑘𝑖

制約条件を反映する罰金項• 各参加者はいずれか１つのグループに所属• 各グループの定員

𝑍𝑖𝑗 : 参加者 𝑖 と 𝑗 の回答の相性を定量化したカーネル行列-相性が悪い時は数値を大きくしてコストを上げる-片思いの非対称性は、双方からみた相性の平均値で対称化-前回同じグループに属するときもコストを上げる（メンバーチェンジ機能）

𝑀𝑖𝑘 : 参加者 𝑖 の回答とグループ 𝑘 の相性を定量化したカーネル行列-相性が良い時は数値を小さくしてコストを下げる

2𝑘:グループの添え字
𝑖, 𝑗 : 参加者の添え字
𝜆1 , 𝜆2 : 罰金項係数

𝐺𝑘 :グループ 𝑘 の定員
𝑥𝑖𝑘 : 参加者 𝑖 がグループ 𝑘 に属するときに1
その他のときに0となるバイナリ変数

コスト関数を最小化し、制約条件を満たす解 𝒙𝒊𝒌 が最適なグループを示す！

“Groupinq”関連動画のお知らせ 量子アニーリングソリューションコンテスト・エントリー動画
量子アニーリングソリューションコンテスト (tohoku.ac.jp)
 第２回量子コンピューティングEXPO【秋】出展 14:00~QA4Uコーナー【Groupinq】
量子コンピューティングEXPO・東北大学設置ブース生配信（10/28・2日目10:00-） - YouTube

 国際会議 Qubits 2021（D-Wave社主催）出展 ＡＬＬ英語プレゼンテーション動画“Sigma-i and Tohoku University: Updates”のセッションにて発表されましたGroupinq (QA4U from Tohoku Univ.) – YouTube

 東北大学電気通信 産官学フォーラム2021でも紹介されました「量子アニーリングを操る新時代の人材育成」 東北大学 大学院情報科学研究科 教授 大関 真之 – YouTube

今までの動画のリンク一覧は右のＱＲコードからも入れます
QRコードが読み取れない場合はこちらからhttps://groupinq.github.io/

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応援よろしくお願いいたします！