論文の概要: Thermodynamic Signature of Logical Depth in Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.03203v1
• Date: Tue, 05 Aug 2025 08:23:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-06 18:18:55.862269
• Title: Thermodynamic Signature of Logical Depth in Quantum Circuits
• Title（参考訳）: 量子回路における論理深さの熱力学的シグナチャ
• Authors: Issam Ibnouhsein,
• Abstract要約: 量子回路の内部論理構造は、プログレッシブデコヒーレンスの下で異なる熱力学的シグネチャを残すことができる。 分岐アーキテクチャは環境へのエントロピーフローを増大させることを示す。 本結果は,回路設計に影響を及ぼす物理測定可能な量として論理深度を確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We demonstrate that the internal logical structure of a quantum circuit can leave a distinct thermodynamic signature under progressive decoherence. By comparing deep, conditionally branching circuits with shallow, uniform counterparts-while controlling for overall halting probability and physical resources-we show that branching architectures induce greater entropy flow into the environment. This effect is captured by a logical depth factor $L_d$, which quantifies entropy accumulation during environmental interactions. We validate our framework through detailed analysis of two 4-branch quantum circuits, demonstrating greater entropy production with $L_d \approx 1.615$ for conditional versus uniform architectures. An ancilla-based experimental protocol using controlled-phase gates provides a concrete pathway for detecting these thermodynamic signatures on current quantum platforms. Our results establish logical depth as a physically measurable quantity with implications for circuit design, compilation strategies, and verification protocols.
• Abstract（参考訳）: 量子回路の内部論理構造は、進行デコヒーレンスの下で異なる熱力学的シグネチャを残せることを示す。 深部, 条件分岐回路と浅部, 均一な制御を比較した結果, 分岐構造は環境へのエントロピーフローを増大させることがわかった。 この効果は、環境相互作用中のエントロピー蓄積を定量化する論理的深さ係数$L_d$によって捉えられる。 我々は、2つの4分岐量子回路を詳細に解析し、条件付きアーキテクチャと一様アーキテクチャに対して$L_d \approx 1.615$でより大きなエントロピー生成を示す。 制御相ゲートを用いたアンシラベースの実験的プロトコルは、現在の量子プラットフォーム上でこれらの熱力学的シグネチャを検出するための具体的な経路を提供する。 回路設計, コンパイル戦略, 検証プロトコルに影響を及ぼす物理測定可能な量として論理深度を確立した。

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