論文の概要: Energy-Consumption Advantage of Quantum Computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.11212v3
- Date: Tue, 04 Feb 2025 09:19:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-05 14:54:34.985774
- 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）: 1.918334858770111
- License:
- Abstract: Energy consumption in solving computational problems has been gaining growing attention as one of the key performance measures for computers. Quantum computation is known to offer advantages over classical computation in terms of various computational resources; however, proving its energy-consumption advantage has been challenging due to the lack of a theoretical foundation linking the physical concept of energy with the computer-scientific notion of complexity for quantum computation. To bridge this gap, we introduce a general framework for studying the energy consumption of quantum and classical computation, based on a computational model conventionally used for studying query complexity in computational complexity theory. Within this framework, we derive an upper bound for the achievable energy consumption of quantum computation, accounting for imperfections in implementation appearing in practice. As part of this analysis, we construct a protocol for Landauer erasure with finite precision in a finite number of steps, which constitutes a contribution of independent interest. Additionally, we develop techniques for proving a nonzero lower bound of energy consumption of classical computation, based on the energy-conservation law and Landauer's principle. Using these general bounds, we rigorously prove that quantum computation achieves an exponential energy-consumption advantage over classical computation for solving a paradigmatic computational problem -- Simon's problem. Furthermore, we propose explicit criteria for experimentally demonstrating this energy-consumption advantage of quantum computation, analogous to the experimental demonstrations of quantum computational supremacy. These results establish a foundational framework and techniques to explore the energy consumption of computation, opening an alternative way to study the advantages of quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 計算問題の解決におけるエネルギー消費は、コンピュータにとって重要なパフォーマンス指標の1つとして注目されている。
量子計算は、様々な計算資源の観点から古典的な計算よりも有利であることが知られているが、そのエネルギー消費の優位性を証明することは、エネルギーの物理的概念とコンピュータ科学的な計算複雑性の概念を結びつける理論的な基礎が欠如していることから困難である。
このギャップを埋めるために、計算複雑性理論における計算複雑性の研究に使用される計算モデルに基づいて、量子計算と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。
この枠組み内では、実現可能な量子計算エネルギー消費の上限が導出され、実際に現れる実装における不完全性が説明される。
この分析の一環として、有限ステップで有限精度でランダウアー消去のためのプロトコルを構築し、独立利害の寄与を構成する。
さらに、エネルギー保存則とランダ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技術を開発した。
これらの一般境界を用いて、量子計算が古典的計算よりも指数関数的なエネルギー消費の優位性を達成し、パラダイム計算問題の解法であるシモンの問題を厳密に証明する。
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ための明確な基準を提案し、これは量子計算の超越性の実験的な実証に類似している。
これらの結果は、計算のエネルギー消費を研究するための基礎的な枠組みと技術を確立し、量子計算の利点を研究する代替の方法を開く。
関連論文リスト
- Towards Energetic Quantum Advantage in Trapped-Ion Quantum Computation [0.0]
そこで本研究では,量子フーリエ変換(QFT)アルゴリズムのイオントラップによる実装について検討した。
主な焦点は、量子計算のエネルギー的コストを理論的に評価することであった。
エネルギー的コストの潜在的なスケーリングが議論され、最先端の古典的スーパーコンピュータに対するエネルギー的量子優位性のしきい値を見つけるために使われた。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-17T17:14:53Z) - Potential Energy Advantage of Quantum Economy [8.458212440154389]
量子コンピューティング vis-a-vis 古典計算のエネルギー効果について検討する。
量子コンピューティング企業は、Nash平衡における利益性とエネルギー効率の両方において、古典的な計算能力を上回ることを実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-08-15T20:30:52Z) - Numerical aspects of Casimir energy computation in acoustic scattering [44.99833362998488]
カシミール力と物体間のエネルギーの計算は、1940年代まで遡る量子理論の古典的な問題である。
本稿では,様々な手法の概要を述べ,Krein-spectral shift関数と計算面との関係について論じる。
大規模問題に対するカシミールエネルギーの計算のためのクリロフ部分空間法の変種を提案し、いくつかの複雑な構成に対するカシミール計算を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-06-02T05:46:19Z) - Quantum Annealing for Single Image Super-Resolution [86.69338893753886]
単一画像超解像(SISR)問題を解くために,量子コンピューティングに基づくアルゴリズムを提案する。
提案したAQCアルゴリズムは、SISRの精度を維持しつつ、古典的なアナログよりも向上したスピードアップを実現する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-04-18T11:57:15Z) - Towards optimization under uncertainty for fundamental models in energy
markets using quantum computers [0.0]
本稿では, 再生可能エネルギー供給, 電力需要, 機械故障の不確実性を考えるための最初のアプローチを提案する。
量子コンピュータ上でのこれらの不確実性の下で、UPPのコスト削減ソリューションを見つける方法を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-01-03T14:07:15Z) - Perturbation theory with quantum signal processing [0.0]
量子コンピュータ上で摂動エネルギーを得る量子アルゴリズムを提案する。
提案アルゴリズムはこの目的を達成するために量子信号処理(QSP)を用いる。
この研究は、フォールトトレラント量子コンピュータにおける「説明可能な」量子シミュレーションへの第一歩である。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-10-03T05:20:26Z) - Resources for bosonic quantum computational advantage [0.0]
各ボソニック量子計算は連続可変サンプリング計算に再キャスト可能であることを示す。
ボソニック計算の強いシミュレーションのための一般的な古典的アルゴリズムを導出する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-07-24T17:50:20Z) - Reducing the cost of energy estimation in the variational quantum
eigensolver algorithm with robust amplitude estimation [50.591267188664666]
量子化学と材料は、量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。
これらの領域における産業関連問題とそれを解決する量子アルゴリズムとの整合性については、まだ多くの研究が続けられている。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-03-14T16:51:36Z) - Numerical Simulations of Noisy Quantum Circuits for Computational
Chemistry [51.827942608832025]
短期量子コンピュータは、小さな分子の基底状態特性を計算することができる。
計算アンサッツの構造と装置ノイズによる誤差が計算にどのように影響するかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-31T16:33:10Z) - An Application of Quantum Annealing Computing to Seismic Inversion [55.41644538483948]
小型地震インバージョン問題を解決するために,D波量子アニールに量子アルゴリズムを適用した。
量子コンピュータによって達成される精度は、少なくとも古典的コンピュータと同程度である。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-05-06T14:18:44Z) - Quantum computation of thermal averages in the presence of a sign
problem [45.82374977939355]
本稿では,量子コンピューティング技術の簡単なシステムの熱力学特性の研究への応用について述べる。
量子アルゴリズムがいかにしてこの問題を完全に解決するかを示し、より複雑な物理的関心のシステムにどのように適用できるかを議論する。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-01-15T14:01:11Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。