論文の概要: Minimal Energy Cost to Initialize a Quantum Bit with Tolerable Error
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.07311v1
- Date: Tue, 14 Dec 2021 11:35:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-04 14:23:04.438582
- Title: Minimal Energy Cost to Initialize a Quantum Bit with Tolerable Error
- Title（参考訳）: 量子ビットを許容誤差で初期化する最小エネルギーコスト
- Authors: Yu-Han Ma, Jin-Fu Chen, C. P. Sun, and Hui Dong
- Abstract要約: ランダウアーの原理は、古典的なビットを完全に初期化するエネルギーコストに根本的な制限を与える。
ランダエーア限界から$mathcalL2(epsilon)/tau$のエネルギーコストの上昇を見出した。
エネルギーコストを最小限に抑えるための最適なプロトコルが提案されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6930669375071323
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Landauer's principle imposes a fundamental limit on the energy cost to
perfectly initialize a classical bit, which is only reached under the ideal
operation with infinite-long time. The question on the cost in the practical
operation for a quantum bit (qubit) has been posted under the constraint by the
finiteness of operation time. We discover a raise-up of energy cost by
$\mathcal{L}^{2}(\epsilon)/\tau$ from the Landaeur's limit ($k_{B}T\ln2$) for a
finite-time $\tau$ initialization with an error probability $\epsilon$. The
thermodynamic length $\mathcal{L}(\epsilon)$ between the states before and
after initializing in the parametric space increases monotonously as the error
decreases. For example, in the constant dissipation coefficient ($\gamma_{0}$)
case, the minimal additional cost is $0.997k_{B}T/(\gamma_{0}\tau)$ for
$\epsilon=1\%$ and $1.288k_{B}T/(\gamma_{0}\tau)$ for $\epsilon=0.1\%$.
Furthermore, the optimal protocol to reach the bound of minimal energy cost is
proposed for the qubit initialization realized via a finite-time isothermal
process.
- Abstract（参考訳）: ランダウアーの原理は、古典ビットを完全初期化するためにエネルギーコストの基本的な制限を課すが、これは無限長の理想的な操作の下でしか到達しない。
量子ビット(qubit)の実用的演算におけるコストに関する質問は、操作時間の有限性によって制約の下にポストされている。
誤差確率$\epsilon$の有限時間$\tau$初期化に対して、Landaeurの極限(k_{B}T\ln2$)から$\mathcal{L}^{2}(\epsilon)/\tau$によってエネルギーコストが上昇することを発見した。
パラメトリック空間の初期化前後の状態間の熱力学的長さ$\mathcal{L}(\epsilon)$は誤差が減少するにつれて単調に増加する。
例えば、定数散逸係数(\gamma_{0}$)の場合、最小の追加費用は$0.997k_{B}T/(\gamma_{0}\tau)$ for $\epsilon=1\%$と$1.288k_{B}T/(\gamma_{0}\tau)$ for $\epsilon=0.1\%$である。
さらに, 有限時間等温プロセスによって実現された量子ビット初期化に対して, 最小エネルギーコストの限界に達する最適プロトコルを提案する。
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