論文の概要: Thermodynamic limitations on fault-tolerant quantum computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.12805v1
• Date: Tue, 19 Nov 2024 19:00:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-21 16:11:57.016741
• Title: Thermodynamic limitations on fault-tolerant quantum computing
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティングにおける熱力学の限界
• Authors: Mykhailo Bilokur, Sarang Gopalakrishnan, Shayan Majidy,
• Abstract要約: 冷凍機に弱結合した量子ビット配列の発熱と散逸を特徴付けるモデルを提案する。 現在の実験パラメータは、システムを境界エラーフェーズに配置する。 この熱力学的制約は, 現在のハードウェア能力がシステムスケールとして維持されている場合, スケーラブルなフォールトトレランスを制限すべきではない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We investigate the thermodynamic limits on scaling fault-tolerant quantum computers due to heating from quantum error correction (QEC). Quantum computers require error correction, which accounts for 99.9% of the qubit demand and generates heat through information-erasing processes. This heating increases the error rate, necessitating more rounds of error correction. We introduce a dynamical model that characterizes heat generation and dissipation for arrays of qubits weakly coupled to a refrigerator and identify a dynamical phase transition between two operational regimes: a bounded-error phase, where temperature stabilizes and error rates remain below fault-tolerance thresholds, and an unbounded-error phase, where rising temperatures drive error rates beyond sustainable levels, making fault tolerance infeasible. Applying our model to a superconducting qubit system performing Shor's algorithm to factor 2048-bit RSA integers, we find that current experimental parameters place the system in the bounded-error phase. Our results indicate that, while inherent heating can become significant, this thermodynamic constraint should not limit scalable fault tolerance if current hardware capabilities are maintained as systems scale.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子エラー補正(QEC)による故障耐性量子コンピュータのスケーリングにおける熱力学的限界について検討する。 量子コンピュータはエラー修正を必要としており、これはキュービット需要の99.9%を占め、情報消去プロセスを通じて熱を生成する。 この加熱はエラー率を高め、エラー訂正のラウンドを増やす必要がある。 本研究では, 冷凍機に弱結合したキュービット列の熱発生と消散を特徴とする動的モデルを導入し, 耐故障しきい値以下で温度安定性とエラー率が保たれる有界エラー相と, 温度上昇が持続可能以上のエラー率を駆動する非有界エラー相と, 耐故障性のない2つの運用状態間の動的位相遷移を同定する。 我々のモデルを2048ビットRSA整数を分解するためにショアのアルゴリズムを実行する超伝導量子ビット系に適用すると、現在の実験パラメータが境界エラー位相に配置されていることが分かる。 この熱力学的制約は, 現在のハードウェア能力がシステムスケールとして維持されている場合, スケーラブルなフォールトトレランスを制限すべきではない。

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