論文の概要: Deterministic Storage of Quantum Information in the Genetic Code
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.07504v1
- Date: Tue, 10 Dec 2024 13:36:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-11 14:35:25.358592
- Title: Deterministic Storage of Quantum Information in the Genetic Code
- Title（参考訳）: 遺伝的コードにおける量子情報の決定論的保存
- Authors: Roberto Rivelino,
- Abstract要約: DNAは、計算とデータストレージのための化学プラットフォームとして提案されている。
本稿では、スケーラブルな核磁気共鳴量子コンピュータのための基本単位としてDNA塩基対を探索する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: DNA has been proposed as a chemical platform for computing and data storage, paving the way for building DNA-based computers. Recently, DNA has been hypothesized as an ideal quantum computer with the base pairs working as Josephson junctions. There are still major challenges to be overcome in these directions, but they do not prevent deviceful perspectives of the main problem. The present paper explores DNA base pairs as elementary units for a scalable nuclear magnetic resonance quantum computer (NMRQC). First, it presents an overview of the proton transfer (PT) mechanism during the prototropic tautomerism in the base pairs, scoring the current stage. Second, as a proof-of-principle, the paper examines these molecular structures as quantum processing units (QPUs) of a biochemical quantum device. For the model proposed here, it is theoretically demonstrated that the nuclear spins involved in the PT of base pairs can be deterministically prepared in a superposition of triplet states. Under appropriate conditions, the proton dynamics provides the minimal two-qubit entanglement required for quantum computing. The dynamics between the canonical and tautomeric quantum states (CQS and TQS, respectively) is determined from a thermally dependent Watson-Crick quantum superposition (WCQS); i.e., |WCQS> = a(T)|CQS> + b(T)|TQS> with |a(T)|^2 + |b(T)|^2 = 1. If the DNA structure is sufficiently protected to avoid environment-induced decoherence of the confined-proton quantum states, quantum information can be successfully encoded in several base pairs along the coiled double strand. As a potential applicability, a crystalline DNA device could be employed for quantum computing and cryptography controlled by a sequence of Ramsey pulses. Finally, this study critically evaluates these possibilities toward a proof-of-concept of a DNA-based quantum computer.
- Abstract（参考訳）: DNAは、コンピュータとデータストレージのための化学プラットフォームとして提案され、DNAベースのコンピュータ構築の道を開いた。
近年、DNAは、塩基対がジョセフソン接合として機能する理想的な量子コンピュータとして仮説化されている。
これらの方向で克服すべき大きな課題はまだあるが、主要な問題に対するデバイス的視点を予防するものではない。
本稿では,スケーラブル核磁気共鳴量子コンピュータ(NMRQC)の基本単位としてのDNA塩基対について検討する。
まず、塩基対におけるプロトン移動(PT)機構の概要を示す。
第二に,これらの分子構造を生化学量子デバイスの量子処理単位(QPU)として検討する。
ここで提案したモデルでは、基本対のPTに関与する核スピンが三重項状態の重ね合わせで決定的に生成できることが理論的に証明されている。
適切な条件下では、プロトンダイナミクスは量子コンピューティングに必要な最小2ビットの絡み合いを提供する。
正準量子状態 (CQS と TQS) の間の力学は、熱的に依存したワトソン・クリック量子重ね合わせ (WCQS) から決定される。
閉じ込められたプロトン量子状態の環境によって引き起こされる脱コヒーレンスを避けるためにDNA構造が十分に保護されている場合、量子情報はコイルされた二重鎖に沿ったいくつかの塩基対に符号化される。
潜在的な応用可能性として、結晶DNAデバイスはラムゼーパルスのシーケンスによって制御される量子コンピューティングや暗号に使用できる。
最後に、DNAベースの量子コンピュータの概念実証に向けたこれらの可能性について批判的に評価する。
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