論文の概要: Verified Compilation of Quantum Oracles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.06700v2
• Date: Wed, 20 Apr 2022 13:33:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 16:41:59.448988
• Title: Verified Compilation of Quantum Oracles
• Title（参考訳）: 量子オラクルの検証コンパイル
• Authors: Liyi Li, Finn Voichick, Kesha Hietala, Yuxiang Peng, Xiaodi Wu, Michael Hicks
• Abstract要約: VQOは高保証量子プログラミングフレームワークである。 OQASMはオラクル量子アセンブリ言語である。 VQOのバージョンはクイッパーによって作られた(キュービット数とゲート数の両方で)オーラクルと同等かそれ以上であった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.942063551929914
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum algorithms often apply classical operations, such as arithmetic or predicate checks, over a quantum superposition of classical data; these so-called oracles are often the largest components of a quantum program. To ease the construction of efficient, correct oracle functions, this paper presents VQO, a high-assurance framework implemented with the Coq proof assistant. The core of VQO is OQASM, the oracle quantum assembly language. OQASM operations move qubits between two different bases via the quantum Fourier transform, thus admitting important optimizations, but without inducing entanglement and the exponential blowup that comes with it. OQASM's design enabled us to prove correct VQO's compilers -- from a simple imperative language called OQIMP to OQASM, and from OQASM to SQIR, a general-purpose quantum assembly language -- and allowed us to efficiently test properties of OQASM programs using the QuickChick property-based testing framework. We have used VQO to implement a variety of arithmetic and geometric operators that are building blocks for important oracles, including those used in Shor's and Grover's algorithms. We found that VQO's QFT-based arithmetic oracles require fewer qubits, sometimes substantially fewer, than those constructed using "classical" gates; VQO's versions of the latter were nevertheless on par with or better than (in terms of both qubit and gate counts) oracles produced by Quipper, a state-of-the-art but unverified quantum programming platform.
• Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムはしばしば、算術や述語チェックのような古典的な演算を古典的なデータの量子重ね合わせに応用する。 本稿では,効率よく正しいオラクル関数の構築を容易にするために,Coq証明アシスタントで実装された高保証フレームワークであるVQOを提案する。 VQOの中核は、オラクル量子アセンブリ言語であるOQASMである。 OQASM演算は量子フーリエ変換を介して2つの異なる基底間で量子ビットを移動し、重要な最適化が認められるが、絡み合いとそれに伴う指数的爆発は起こらない。 OQASMの設計により、OQIMPと呼ばれる単純な命令型言語からOQASM、汎用量子アセンブリ言語であるOQASMからSQIRまで、正しいVQOのコンパイラを証明でき、QuickChickプロパティベースのテストフレームワークを使用して、OQASMプログラムのプロパティを効率的にテストできるようになりました。 我々はVQOを用いて、ショアのアルゴリズムやグローバーのアルゴリズムなど、重要なオラクルのためのブロックを構築する様々な算術および幾何演算子を実装してきた。 我々は、VQOのQFTベースの算術オラクルは、時として「古典的な」ゲートを用いて構築されたものよりもはるかに少ない量子ビットを必要とすることを発見した。

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