論文の概要: Thermodynamic Proof of Quantumness without Structure

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.25211v1
• Date: Mon, 21 Sep 2026 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-23 18:04:04.056866
• Title: Thermodynamic Proof of Quantumness without Structure
• Title（参考訳）: 構造を持たない量子性の熱力学的証明
• Abstract要約: 既存の量子性の証明は通常、古典機械では不可能な計算タスクに依存している。 ここではエネルギー消費に基づく量子性の熱力学的証明を紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4323566945483497
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Demonstrating that a machine performs genuinely quantum operations is a central challenge in quantum information processing. Existing proofs of quantumness typically rely on computational tasks that are infeasible for classical machines under assumptions such as computational hardness, or explicit bounds on classical runtime, memory, or oracle queries. Here we introduce an alternative paradigm: a thermodynamic proof of quantumness based on energy consumption. Using the search problem of Yamakawa and Zhandry with a structureless uniformly random oracle, we show that any classical machine solving the task with constant success probability must generate entropy that grows exponentially with the security parameter. By Landauer's principle, this implies an exponential lower bound on heat dissipation and hence on the energy consumption of any cyclic classical implementation. In contrast, the corresponding quantum prover solves the task with polynomial query and gate complexity, giving polynomial energy consumption under standard assumptions for quantum implementations. Thus, in the random-oracle setting, sufficiently low energy consumption in a successful implementation certifies quantumness through a macroscopic thermodynamic observation of energy consumption.
• Abstract（参考訳）: マシンが真に量子演算を行うことを示すことは、量子情報処理における中心的な課題である。 既存の量子性の証明は、計算硬度や古典的ランタイム、メモリ、オラクルクエリの明示的な境界といった仮定の下で、古典的マシンでは不可能な計算タスクに依存している。 ここでは、エネルギー消費に基づく量子性の熱力学的証明という別のパラダイムを紹介する。 山川とZhandryの無秩序なランダムなオラクルによる探索問題を用いて、一定の成功確率でタスクを解く古典機械は、セキュリティパラメータとともに指数関数的に増大するエントロピーを生成する必要があることを示す。 ランダウアーの原理により、これは熱散逸が指数関数的に低いこと、従って任意の循環古典的な実装のエネルギー消費を意味する。 対照的に、対応する量子証明器は多項式クエリとゲートの複雑さで問題を解き、量子実装の標準的な仮定の下で多項式エネルギーを消費する。 したがって、ランダム・オークル・セッティングでは、成功した実装における十分な低エネルギー消費は、エネルギー消費のマクロな熱力学的観察を通して量子性を証明する。

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