論文の概要: Twist: Sound Reasoning for Purity and Entanglement in Quantum Programs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.02287v1
- Date: Wed, 4 May 2022 18:46:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 08:59:11.034770
- Title: Twist: Sound Reasoning for Purity and Entanglement in Quantum Programs
- Title（参考訳）: twist: 量子プログラムにおける純度と絡み合う音の推論
- Authors: Charles Yuan and Christopher McNally and Michael Carbin
- Abstract要約: 純度を推論する型システムを備えた最初の言語であるTwistを提示する。
我々はTwistの型システムとシミュレーションにおける量子プログラムのベンチマークスイートの解析を行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.927438817889044
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum programming languages enable developers to implement algorithms for
quantum computers that promise computational breakthroughs in classically
intractable tasks. Programming quantum computers requires awareness of
entanglement, the phenomenon in which measurement outcomes of qubits are
correlated. Entanglement can determine the correctness of algorithms and
suitability of programming patterns.
In this work, we formalize purity as a central tool for automating reasoning
about entanglement in quantum programs. A pure expression is one whose
evaluation is unaffected by the measurement outcomes of qubits that it does not
own, implying freedom from entanglement with any other expression in the
computation.
We present Twist, the first language that features a type system for sound
reasoning about purity. The type system enables the developer to identify pure
expressions using type annotations. Twist also features purity assertion
operators that state the absence of entanglement in the output of quantum
gates. To soundly check these assertions, Twist uses a combination of static
analysis and runtime verification.
We evaluate Twist's type system and analyses on a benchmark suite of quantum
programs in simulation, demonstrating that Twist can express quantum
algorithms, catch programming errors in them, and support programs that several
languages disallow, while incurring runtime verification overhead of less than
3.5%.
- Abstract（参考訳）: 量子プログラミング言語により、開発者は古典的に難解なタスクで計算ブレークスルーを約束する量子コンピュータのアルゴリズムを実装できる。
量子コンピュータのプログラミングには、量子ビットの測定結果が相関するエンタングルメントの認識が必要である。
絡み合いはアルゴリズムの正しさとプログラミングパターンの適合性を決定することができる。
本研究では、量子プログラムにおける絡み合いの推論を自動化する中心的なツールとして純度を定式化する。
純粋表現は、それが所有していない量子ビットの測定結果の影響を受けず、計算において他の表現と絡み合う自由を暗示するものである。
本稿では,純度を推論するための型システムを備えた最初の言語であるtwistを提案する。
型システムは、開発者は型アノテーションを使って純粋な式を識別できる。
Twistはまた、量子ゲートの出力に絡み合いがないことを示す純粋性アサーション演算子も備えている。
これらのアサーションを適切にチェックするために、twistは静的解析とランタイム検証の組み合わせを使っている。
我々はTwistの型システムの評価とシミュレーションにおける量子プログラムのベンチマークスイートの解析を行い、Twistが量子アルゴリズムを表現し、プログラムエラーをキャッチし、いくつかの言語が許容できないプログラムをサポートしながら、実行時の検証オーバーヘッドを3.5%以下に抑えることを示した。
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