量子バッテリーが量子コンピュータの未来を加速させる可能性~高速化・高効率化・スケール化を可能にする新アーキテクチャを提案~

2026-01-29 沖縄科学技術大学院大学(OIST)

オーストラリア連邦科学産業研究機構(CSIRO)、クイーンズランド大学、沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究チームは、量子バッテリーを量子コンピュータの電源として組み込む新しいアーキテクチャを提案した。量子コンピュータは極低温冷却装置や常温電子機器など膨大なエネルギーと配線を必要とし、規模拡大の大きな障壁となっている。本研究では、小型の量子バッテリーがシステム内部でエネルギーを再利用しながら自己充電することで、発熱や配線を大幅に削減でき、理論的にはキュービット数を約4倍に増やせる可能性を示した。さらに、量子もつれを介してQPUと結合することで、量子スーパーエクステンシビティによる計算速度向上も期待される。実証は今後の課題だが、量子コンピュータの高速化・高効率化・スケール化を同時に進める有望な道筋を示す成果である。

量子バッテリーが量子コンピュータの未来を加速させる可能性~高速化・高効率化・スケール化を可能にする新アーキテクチャを提案~
© Image by Pete Linforth from Pixabay

<関連情報>

量子電池による量子コンピューティングの実現 Powering Quantum Computation with Quantum Batteries

Yaniv Kurman, Kieran Hymas, Arkady Fedorov, William J. Munro, and James Quach
Physical Review X  Published: 26 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/l39v-jwwz

Abstract

Executing quantum logic in cryogenic quantum computers requires a continuous energy supply from room-temperature control electronics. This dependence on external energy sources creates scalability limitations due to control channel density and heat dissipation. Here, we propose quantum batteries (QBs) as intrinsic quantum energy sources for quantum computation, enabling the thermodynamic limit of zero dissipation for unitary gates. Unlike classical power sources, QBs maintain quantum coherence with their load—a property that, while theoretically studied, remains unexploited in practical quantum technologies. We demonstrate that initializing a bosonic QB in a Fock state can supply the energy required for arbitrary unitary gates regardless of the circuit’s depth, via the recycling of precharged energy. Crucially, allowing QB-qubit entanglement during computation lowers the QB’s initial energy requirements below established energy-fidelity bounds. This scheme facilitates a universal gate set controlled by a single parameter per qubit: its resonant frequency. The relative detuning of each qubit from the QB’s resonant frequency qualitatively gives rise to two gate types: off resonance and around resonance. The former facilitates dispersive gates that allow multiqubit parity probing while the latter enables energy exchange between the QB and the qubits, driving both population transfer and entanglement generation. This mechanism utilizes the all-to-all connectivity of the shared-resonator architecture to go beyond the standard single- and two-qubit native gates of current platforms with multiqubit gate timescales of few π/g, where g is the qubit-resonator coupling. The resultant speedup also includes superextensive gates between symmetric Dicke states, characteristic of QB systems. Using a QB eliminates the need for individual drive lines, significantly reducing wiring overhead and potentially quadrupling the number of qubits that can be integrated within cryogenic systems, thereby offering a scalable architecture for quantum computing.

1601コンピュータ工学
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