論文の概要: Toward Magnetic-Field-Free Quantum Computing and Quantum Reservoir Computing in Engineered Organic Materials: A Unified Framework from the 3-Layer Quantum Brain Hypothesis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.00026v1
• Date: Wed, 22 Apr 2026 09:12:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-11 06:56:26.413673
• Title: Toward Magnetic-Field-Free Quantum Computing and Quantum Reservoir Computing in Engineered Organic Materials: A Unified Framework from the 3-Layer Quantum Brain Hypothesis
• Title（参考訳）: 工学有機材料における磁場のない量子コンピューティングと量子貯留層コンピューティングに向けて:3層量子脳仮説による統一的枠組み
• Authors: Hikaru Wakaura, Taiki Tanimae,
• Abstract要約: 我々はスピン渦誘起ループ電流(SVILC)を印加磁場を使わずに作動する有機材料に拡張する。 4つの経路が提案されている: (P1) フラビン-一酸化窒素ラジカル対貯水池, (P2) ペルクロロトリフェニルメチル (PTM) ラジカル配列, (P4) トランスポリアセチレン上のSu-シュリーファー-ヘーガーソリトン。
• 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 extend the spin-vortex-induced loop-current (SVILC) qubit [Wakaura2017] and the 3-Layer Quantum Brain Hypothesis to engineered organic materials operated without any applied magnetic field. Four paths are proposed: (P1) a flavin--nitroxide radical-pair reservoir, (P2) a perchlorotriphenylmethyl (PTM) radical array in a covalent organic framework, (P3) the SVILC analogue on $κ$-(BEDT-TTF)$_2$Cu[N(CN)$_2$]Br (conditional on SVILC confirmation), and (P4) a Su--Schrieffer--Heeger soliton on trans-polyacetylene. We verify the eight SVILC conditions and benchmark five algorithms (QKAN, qDRIFT, control-free QPE, Shor--Regev, Bernstein--Vazirani) plus two ML tasks (spike prediction, MNIST) on a covariant-purification CQEC simulator. With up to 100 trials, paired Wilcoxon tests and Bonferroni correction ($α\!=\!0.05/44$), CQEC gains are significant ($p\!<\!10^{-5}$) for all 16 path$\times$algorithm pairs and peak at $γ\!=\!0.5$ with $ΔF\!=\!+0.303$ for Shor--Regev ($d\!=\!64$), directly confirming Petz recovery beyond the entanglement-breaking threshold. Bernstein--Vazirani yields a provable quantum advantage: P2--P4 reach CQEC-corrected one-query success rates $\ge\!0.95$ versus classical $2^{-n}$, a $7.6$--$31\times$ advantage for $n\!=\!3$--$5$ (toy-scale benchmark). A tight-binding simulation on the anisotropic triangular lattice reproduces the two-SVQ coupling-vs-distance behaviour of [Wakaura2017] and shows that an external feeding current amplifies the coupling by $\sim\!1.9\!\times\!10^{3}$, providing theoretical scaffolding for P3. We quantify the diarylethene photoswitch CZ fidelity ($F_\mathrm{CZ}\!\ge\!0.987$ for P2--P4) and compare projected manufacturing costs against five competing platforms, finding 10--40$\times$ cost and 10--200$\times$ power reduction.
• Abstract（参考訳）: 我々はスピン渦誘起ループ電流(SVILC)量子ビット(Wakaura 2017)と3層量子脳仮説を応用磁場なしで動作させる有機材料に拡張する。 4つの経路が提案されている: (P1) フラビン-一酸化窒素ラジカル対貯水池, (P2) ペルクロロトリフェニルメチル(PTM) ラジカル配列, (P3) κ$-(BEDT-TTF)$_2$Cu[N(CN)$_2$]Br (SVILC確認条件) および (P4) トランスポリアセチレンのSu-シュリーファー-ヘーガーソリトン。 8つのSVILC条件とベンチマーク5つのアルゴリズム(QKAN, qDRIFT, 制御自由QPE, Shor-Regev, Bernstein--Vazirani)と2つのMLタスク(スパイク予測, MNIST)を共変精製CQECシミュレータ上で検証する。 最大100回の試行で、WilcoxonテストとBonferroni修正(α\! =\! 0.05/44$)、CQEC利回りは大きい(p\! <\! 10^{-5}$) for all 16 path$\times$algorithm pairs and peak at $γ\! =\! 0.5$ with $ΔF\! =\! +0.303$ for Shor--Regev ($d\! =\! 64$) で、Pettzリカバリが絡み合うしきい値を超えていることを直接確認した。 Bernstein--Vazirani は証明可能な量子優位性を得る: P2--P4 は CQEC で修正された 1-クエリの成功率 $\ge\! 0.95$対古典的2.^{-n}$、$7.6$--$31\times$ advantage for $n\!=\!3$--$5$(トイスケールベンチマーク)。 異方性三角格子上の強結合シミュレーションは[若浦2017]の2-SVQカップリング-vs-距離挙動を再現し、外部供給電流が$\sim\! 1.9! タイムズ! 10^{3}$,P3の理論的足場を提供する。 我々は、日記ルテインフォトウィッチCZフィデリティ(F_\mathrm{CZ}\! ヘッ! P2-P4は0.987ドル、製造コストは競合する5つのプラットフォームと比較し、10-40-\times$コストと10-200-\times$電力削減を見出した。

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