論文の概要: Energetics of Fault-Tolerant Spin-Qubit Quantum Computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.22199v1
- Date: Thu, 15 Oct 2026 16:50:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-17 06:09:33.200804
- Title: Energetics of Fault-Tolerant Spin-Qubit Quantum Computation
- Title（参考訳）: フォールトトレラントスピン量子計算のエネルギー
- Abstract要約: 我々はロス・ディヴィンチェンツォのスピン量子ビット量子コンピュータの電力とエネルギー要求を評価する。
制御信号の除算比を最適化することで、全体のエネルギーコストを約2桁削減できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1175649819275961
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Semiconductor spin qubits offer a promising route to compact and scalable quantum computers, combining long coherence times in isotopically purified silicon with compatibility with semiconductor manufacturing. Beyond computational speedup, their energy efficiency is an important consideration for future large-scale systems. We evaluate the power and energy requirements of a Loss-DiVincenzo spin-qubit quantum computer by analyzing the Quantum Fourier Transform (QFT) and benchmarking it against the classical Fast Fourier Transform (FFT). We develop a detailed energy budget, identifying cryogenic cooling as the dominant baseline contribution before quantum error correction (QEC). The comparison between the QFT and the classical FFT reveals that, for any quantum workload operating under a polynomially bounded sampling regime, the crossover in energy consumption occurs at smaller problem sizes than the crossover in execution time. Thus, quantum computing can become energetically competitive before achieving a speedup in execution time. We then incorporate surface-code QEC and analyze the energy costs of QEC cycles, gate synthesis, and decoding. At scale, instrumentation and decoding become dominant contributions, while cryogenic cooling imposes a constraint on scalability. We show that optimizing the control-signal demultiplexing ratio can reduce the overall energy cost by approximately two orders of magnitude. For a system with about one million physical qubits, we estimate a power consumption of approximately 100 kW, at least one order of magnitude below that of today's highest-performance classical computing systems.
- Abstract（参考訳）: 半導体スピンキュービットはコンパクトでスケーラブルな量子コンピュータへの有望な経路を提供し、等方的に精製されたシリコンの長いコヒーレンス時間と半導体製造との互換性を組み合わせた。
計算スピードアップ以外にも、そのエネルギー効率は将来の大規模システムにとって重要な考慮事項である。
我々は、量子フーリエ変換(QFT)を解析し、古典的な高速フーリエ変換(FFT)と比較することにより、ロス・ディヴィンチェンツォスピン量子ビット量子コンピュータの電力とエネルギー要求を評価する。
我々は、量子誤り訂正(QEC)の前に、低温冷却を支配的なベースライン貢献とみなす、詳細なエネルギー予算を策定する。
QFTと古典的FFTの比較により、多項式境界サンプリング方式の下で動作している量子ワークロードに対して、エネルギー消費のクロスオーバーは実行時のクロスオーバーよりも小さな問題サイズで発生することが明らかになった。
したがって、量子コンピューティングは実行時間のスピードアップを達成する前にエネルギー的に競合する可能性がある。
次に、表面コードQECを導入し、QECサイクル、ゲート合成、デコーディングのエネルギーコストを分析する。
大規模ではインスツルメンテーションと復号化が主流となり、低温冷却はスケーラビリティに制約を与える。
制御信号の除算比を最適化することで、全体のエネルギーコストを約2桁削減できることを示す。
約100万の物理量子ビットを持つシステムでは、現在の高性能な古典計算システムよりも少なくとも1桁低い約100kWの消費電力を推定する。
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