論文の概要: Classical Reversible Computation by Quantum Coherence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.06219v1
• Date: Tue, 07 Jul 2026 12:44:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-08 21:24:51.513105
• Title: Classical Reversible Computation by Quantum Coherence
• Title（参考訳）: 量子コヒーレンスによる古典的可逆計算
• Abstract要約: 可逆計算では、情報が計算されていない場合、論理は各ステップで熱を放散する必要はない。 スピン量子ドットアレイにおけるコヒーレントスピンダイナミクスにより実装された古典的可逆論理を提案する。 したがって、同じ半導体ハードウェアはデュアルユースであり、重ね合わせが使われるときの量子アルゴリズムと古典的可逆論理をサポートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Rising energy demand from data-centre and AI applications has renewed interest in reversible computation, where logic need not dissipate heat at every step if information is uncomputed. Implementations have so far been classical: adiabatic CMOS reduces dissipation by slowing charge motion but is still limited by the threshold physics of transistors. Here we propose classical reversible logic implemented by coherent spin dynamics in a spin quantum-dot array, with inputs and outputs in classical basis states and no algorithmic use of superposition. The same spin stores, transports, and computes, with unitary rotation replacing irreversible switching. The universal building block is an iToffoli gate driven by DC voltage pulses and anisotropic exchange in Ge/Si hole spins. Simulations with experimental parameters reproduce the Toffoli truth table and yield a testable error landscape. Because shuttling transports the bit without measurement, logic and data movement remain reversible until readout. Millivolt pulses on femtofarad gates yield a gate energy below the 4~K Landauer scale, about five (eight) orders of magnitude below a room-temperature CMOS Toffoli with (without) 4 K cooling overhead. The same semiconductor hardware is therefore dual-use, supporting quantum algorithms when superposition is used and classical reversible logic otherwise.
• Abstract（参考訳）: データ中心とAIアプリケーションからのエネルギー需要の増加は、情報が計算されていない場合、論理が各ステップで熱を放散する必要はない、可逆的な計算に再び関心を寄せている。 アディバティックCMOSは電荷運動を遅くすることで散逸を減少させるが、トランジスタのしきい値物理学によって制限されている。 ここでは、スピン量子ドットアレイにおけるコヒーレントスピンダイナミクスによって実装された古典的可逆論理を提案し、古典的基底状態における入力と出力を持ち、重ね合わせのアルゴリズム的利用はない。 同じスピンストア、トランスポート、計算は、不可逆スイッチに置き換わるユニタリ回転で行う。 ユニバーサルビルディングブロックは、Ge/Siホールスピンにおける直流電圧パルスと異方性交換によって駆動されるiToffoliゲートである。 実験パラメータを用いたシミュレーションは、トフォリの真理表を再現し、検証可能なエラーの風景を生成する。 シャットリングは測定なしでビットを転送するので、論理とデータの動きは読み出しまで可逆である。 フェムトファラッドゲート上のミリボルトパルスは、4~Kランダウアースケール以下のゲートエネルギーを発生し、室温のCMOSトフォリより約5(8)のオーダーで4Kの冷却オーバーヘッドを発生させる。 したがって、同じ半導体ハードウェアはデュアルユースであり、重ね合わせが使われるときの量子アルゴリズムと古典的可逆論理をサポートする。

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