論文の概要: Energy-Consumption Advantage of Quantum Computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.11212v2
- Date: Mon, 11 Sep 2023 13:27:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-12 21:28:49.856879
- Title: Energy-Consumption Advantage of Quantum Computation
- Title（参考訳）: 量子計算のエネルギー消費性
- Authors: Florian Meier, Hayata Yamasaki
- Abstract要約: 本稿では,量子計算と古典計算のエネルギー消費に関する一般的な枠組みを紹介する。
量子計算が古典計算よりも指数エネルギー消費の優位性を実現することを厳密に証明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2662585107579165
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Energy consumption in solving computational problems has been gaining growing
attention as a part of the performance measures of computers. Quantum
computation is known to offer advantages over classical computation in terms of
various computational resources; however, its advantage in energy consumption
has been challenging to analyze due to the lack of a theoretical foundation to
relate the physical notion of energy and the computer-scientific notion of
complexity for quantum computation with finite computational resources. To
bridge this gap, we introduce a general framework for studying the energy
consumption of quantum and classical computation based on a computational model
that has been conventionally used for studying query complexity in
computational complexity theory. With this framework, we derive an upper bound
for the achievable energy consumption of quantum computation. We also develop
techniques for proving a nonzero lower bound of energy consumption of classical
computation based on the energy-conservation law and Landauer's principle. With
these general bounds, we rigorously prove that quantum computation achieves an
exponential energy-consumption advantage over classical computation for solving
a specific computational problem, Simon's problem. Furthermore, we clarify how
to demonstrate this energy-consumption advantage of quantum computation in an
experimental setting. These results provide a fundamental framework and
techniques to explore the physical meaning of quantum advantage in the
query-complexity setting based on energy consumption, opening an alternative
way to study the advantages of quantum computation.
- Abstract（参考訳）: コンピュータの性能測定の一環として,計算問題の解決におけるエネルギー消費が注目されている。
量子計算は、様々な計算資源の観点から古典計算よりも優れていることが知られているが、エネルギー消費におけるその利点は、エネルギーの物理的概念と有限の計算資源を持つ量子計算の複雑性のコンピュータ科学的概念を関連付ける理論的基礎が欠如しているため、分析が困難である。
このギャップを埋めるために、計算複雑性理論におけるクエリ複雑性の研究にこれまで用いられてきた計算モデルに基づいて、量子および古典計算のエネルギー消費を研究するための一般的な枠組みを導入する。
この枠組みにより、量子計算の達成可能なエネルギー消費の上限を導出する。
また,エネルギー保存則とランドウアーの原理に基づいて,古典計算のエネルギー消費の非ゼロ下限を証明する手法を開発した。
これらの一般境界を用いて、量子計算が古典的な計算よりも指数的なエネルギー消費の優位性を達成することを厳密に証明する。
さらに,この量子計算のエネルギー消費の利点を実験的に示す方法を明らかにする。
これらの結果は、エネルギー消費に基づくクエリ・複雑度設定における量子優位性の物理的意義を探求する基本的な枠組みと技術を提供し、量子計算の利点を研究する代替の方法を開く。
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