論文の概要: Third law of thermodynamics and the scaling of quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.09545v2
• Date: Mon, 3 Oct 2022 14:41:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-21 20:34:13.742841
• Title: Third law of thermodynamics and the scaling of quantum computers
• Title（参考訳）: 熱力学の第3法則と量子コンピュータのスケーリング
• Authors: Lorenzo Buffoni, Stefano Gherardini, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Yasser Omar
• Abstract要約: 量子コンピューティングの基本的な前提は、量子ビットのレジスタから純粋な状態、すなわちゼロ温度で各計算を開始することである。 我々は、初期状態が混合状態となる、小さいが有限な有効温度の存在が、量子コンピュータのスケーリングに必要な忠実さの制約に真の課題をもたらすことを論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.161531917413708
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The third law of thermodynamics, also known as the Nernst unattainability principle, puts a fundamental bound on how close a system, whether classical or quantum, can be cooled to a temperature near to absolute zero. On the other hand, a fundamental assumption of quantum computing is to start each computation from a register of qubits initialized in a pure state, i.e., at zero temperature. These conflicting aspects, at the interface between quantum computing and thermodynamics, are often overlooked or, at best, addressed only at a single-qubit level. In this work, we argue how the existence of a small, but finite, effective temperature, which makes the initial state a mixed state, poses a real challenge to the fidelity constraints required for the scaling of quantum computers. Our theoretical results, carried out for a generic quantum circuit with $N$-qubit input states, are validated by test runs performed on a real quantum processor.
• Abstract（参考訳）: 熱力学の第3法則(英: third law of thermodynamics, nernst unattainability principle, nernst unattainability principle)は、系が古典的でも量子的であれ、絶対零度に近い温度まで冷却できるかどうかを基礎とする法則である。 一方、量子コンピューティングの基本的な前提は、純粋な状態、すなわちゼロ温度で初期化された量子ビットのレジスタから各計算を開始することである。 これらの矛盾する側面は、量子コンピューティングと熱力学のインターフェイスにおいて、しばしば見過ごされるか、せいぜい単一の量子ビットレベルでのみ対処される。 本研究では, 量子コンピュータのスケールアップに必要な忠実性制約に対して, 初期状態が混合状態となる, 小さいが有限で効果的な温度の存在が, どのようにして真の課題となるかについて議論する。 n$-qubitの入力状態を持つジェネリック量子回路で行った理論的結果は、実際の量子プロセッサで実行されるテスト実行によって検証される。

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