論文の概要: Quantum Computation with Quantum Batteries
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.23610v1
- Date: Sun, 30 Mar 2025 22:23:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-01 19:35:57.206713
- Title: Quantum Computation with Quantum Batteries
- Title（参考訳）: 量子電池による量子計算
- Authors: Yaniv Kurman, Kieran Hymas, Arkady Fedorov, William J. Munro, James Quach,
- Abstract要約: 低温量子コンピュータは室温制御エレクトロニクスからの連続的なエネルギー供給を必要とする。
我々は、全てのユニタリ論理を容易にする量子計算の本質的なエネルギー源として量子電池を提案する。
このアーキテクチャは、各量子ビットの駆動線の必要性をなくすことで、読み出しのみのエネルギー消費を減らし、低温系当たりの量子ビットのポテンシャルを4倍に増やす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The implementation of quantum logic in cryogenic quantum computers requires continuous energy supply from room-temperature control electronics. This dependence on external energy sources limits scalability due to control channel density and heat dissipation. Despite the need for energy-efficient alternatives, practical solutions remain elusive. Here, we suggest quantum batteries as an intrinsic energy source for quantum computation that facilitates all unitary logic. Unlike classical power sources, a quantum battery maintains quantum coherence with its load, a property explored theoretically, though without concrete implementation in quantum technologies. We introduce a shared bosonic mode as a quantum battery that supplies energy for all unitary gates and enables all-to-all qubit connectivity. We find that initializing the battery in a Fock state allows a universal quantum gate set with a single controlling parameter per qubit - the qubits resonant frequency. When tuned to resonance, the battery facilitates energy-transfer (XY) gates, showing the quantum battery superextensive hallmarks where increasing the number of qubits reduces charging gate times and enhances their fidelities. Additionally, the quantum battery plays an active role in the computation, enabling multi-qubit parity probing with a single entangling gate. As a topical example, we simulate quantum error correction logical state encoding with fidelity above 0.98. By eliminating the need for a drive line for each qubit, this architecture reduces energy consumption to readout-only and increases the potential number of qubits per cryogenic system by a factor of four once superconducting control lines become available. Quantum batteries thus offer a transformative paradigm for scalable and energy-efficient approach to next-generation quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 低温量子コンピュータにおける量子論理の実装には、室温制御エレクトロニクスからの連続的なエネルギー供給が必要である。
この外部エネルギー源への依存は、制御チャネル密度と放熱によるスケーラビリティを制限する。
エネルギー効率の良い代替手段は必要とされているが、実用的な解決策はいまだ解明されていない。
ここでは、全てのユニタリ論理を促進する量子計算の本質的なエネルギー源として量子電池を提案する。
古典的な電力源とは異なり、量子電池はその負荷と量子コヒーレンスを維持している。
我々は、全てのユニタリゲートにエネルギーを供給する量子電池として共有ボソニックモードを導入し、全量子ビット接続を可能にする。
電池をフォック状態に初期化することで、量子ゲートに量子ビットあたりの1つの制御パラメータ(qubits resonant frequency)をセットできることが分かる。
共振に合わせると、電池はエネルギ・トランスファー(XY)ゲートを促進し、量子バッテリの超高密度な目印を示す。
さらに、量子バッテリは計算においてアクティブな役割を担い、単一のエンタングゲートでマルチキュービットパリティ探索を可能にする。
トピックの例として、0.98以上の忠実度で量子エラー補正論理状態の符号化をシミュレートする。
このアーキテクチャは、各キュービットの駆動線の必要性をなくすことで、読み出しのみのエネルギー消費を減らし、低温系当たりのキュービットのポテンシャルを4倍に増やす。
したがって、量子電池は、次世代量子技術に対するスケーラブルでエネルギー効率の良いアプローチのための変換パラダイムを提供する。
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