論文の概要: Analog neutral-atom for in-memory processing in quantum reservoir computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.28441v1
• Date: Wed, 23 Sep 2026 17:39:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-25 00:05:18.136776
• Title: Analog neutral-atom for in-memory processing in quantum reservoir computing
• Title（参考訳）: 量子貯水池計算におけるメモリ内処理のためのアナログ中性原子
• Abstract要約: 量子Reservoir Computing (QRC) は、時間依存情報を処理するために、量子多体システムのリッチなダイナミクスを利用する。 我々は、中性原子配列において、エコー状態特性、フェージングメモリ、分離性を誘導するために、制御された散逸が厳密に必要であることを示す。 短期量子デバイスにおける固有時間処理に必要な散逸性量子貯水池のための厳密な枠組みを構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9974630621313313
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Reservoir Computing (QRC) exploits the rich dynamics of quantum many-body systems to process time-dependent information with high-dimensional state spaces. While neutral atom arrays offer a scalable platform for this paradigm, realizing intrinsic temporal memory without relying on external classical buffering requires precise control over the relaxation dynamics of the system. We address the necessity of specific non-unitary dynamics for enforcing fading memory while overcoming the lack of separability. This study simulates and empirically identifies the specific dynamical regimes required to maximize the computational capacity of the reservoir, addressing the amount of dissipation, the effectiveness of lying at the edge of quantum chaos, and that of time-multiplexing compared to the scaling of the physical size of the system. Here we show that controlled dissipation is strictly necessary to induce echo state property, fading memory, and separability, in neutral atom arrays. Computational performance increases at the edge of quantum chaos. The counter-intuitive residual memory provided by the unital phase damping channel is justified by introducing a model based on pure outputs. The consequent implementation enables the solution of complex non-linear tasks, such as the Mackey-Glass time series, with as few as $N=5$ atoms. We establish a rigorous framework for engineering dissipative quantum reservoirs required for intrinsic temporal processing on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子Reservoir Computing (QRC) は、高次元状態空間で時間依存情報を処理するために、量子多体システムのリッチなダイナミクスを利用する。 中立原子配列は、このパラダイムのスケーラブルなプラットフォームを提供するが、外部の古典的なバッファリングに頼ることなく、固有の時間記憶を実現するには、システムの緩和ダイナミクスを正確に制御する必要がある。 我々は、分離性の欠如を克服しつつ、フェージングメモリを強制する特定の非単位ダイナミクスの必要性に対処する。 本研究は, 貯水池の計算容量を最大化し, 放散量, 量子カオスの端に横たわる効果, および系の物理的大きさのスケーリングと比較して時間多重化の効果をシミュレーションし, 実証的に同定する。 ここでは、中性原子配列において、エコー状態特性、フェージングメモリ、分離性を誘導するために、制御された散逸が厳密に必要であることを示す。 計算性能は量子カオスの端で増大する。 純出力に基づくモデルを導入することにより、単位位相減衰チャネルによって提供される反直感的残メモリを正当化する。 この実装により、Mackey-Glass 時系列のような複雑な非線形タスクの解を、N=5$原子で実現できる。 短期量子デバイスにおける固有時間処理に必要な散逸性量子貯水池のための厳密な枠組みを構築した。

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