Stochastic Thermodynamics of Quantum Device Circuit Computers and Their Performance

• Project/Area Number: 24K00547
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 内海 裕洋 三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 都倉 康弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20393788) ; 高橋 和孝 三重大学, 工学研究科, 特任准教授(研究担当) (70415214) ; 谷口 知大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (90635806)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2027: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: メゾスコピック量子輸送 / 非平衡統計力学 / 揺らぎの定理・熱力学的不確定性関係 / 完全計数統計 / 計算機科学

Outline of Research at the Start

近年、量子揺らぎや熱揺らぎを活用した計算機の概念実証実験が進んでいる。代表者らはブラウン計算機は熱揺らぎを活用することで、初期化コストのみで発熱なく計算できる事などを示してきた。本研究では、完全計数統計理論と非平衡統計力学の最近の成果である熱力学的不確定性を用いて、計算機理論モデルや、実験が進んでいる確率ビットやメモリスタ素子などの情報熱力学的コストと性能を評価する。計算の熱力学の理論を、確率熱力学により刷新し、計算機理論モデルのレベルと量子素子回路のレベルで熱力学的に整合する理論を構築し、揺らぎを活用した低発熱の量子素子回路計算機の学理を確立することが目的である。