論文の概要: Tower: Data Structures in Quantum Superposition
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.10255v3
- Date: Thu, 15 Sep 2022 14:07:46 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-12 07:56:33.284361
- Title: Tower: Data Structures in Quantum Superposition
- Title（参考訳）: タワー:量子重ね合わせにおけるデータ構造
- Authors: Charles Yuan and Michael Carbin
- Abstract要約: ランダムアクセスメモリを用いた量子プログラミングのための最初の言語Core Towerを提示する。
また,メモリアロケータとして初めて,可逆性,履歴に依存しない,動的メモリ割り当てをサポートするBosonについても紹介する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.090688916488425
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Emerging quantum algorithms for problems such as element distinctness, subset
sum, and closest pair demonstrate computational advantages by relying on
abstract data structures. Practically realizing such an algorithm as a program
for a quantum computer requires an efficient implementation of the data
structure whose operations correspond to unitary operators that manipulate
quantum superpositions of data.
To correctly operate in superposition, an implementation must satisfy three
properties -- reversibility, history independence, and bounded-time execution.
Standard implementations, such as the representation of an abstract set as a
hash table, fail these properties, calling for tools to develop specialized
implementations.
In this work, we present Core Tower, the first language for quantum
programming with random-access memory. Core Tower enables the developer to
implement data structures as pointer-based, linked data. It features a
reversible semantics enabling every valid program to be translated to a unitary
quantum circuit.
We present Boson, the first memory allocator that supports reversible,
history-independent, and constant-time dynamic memory allocation in quantum
superposition. We also present Tower, a language for quantum programming with
recursively defined data structures. Tower features a type system that bounds
all recursion using classical parameters as is necessary for a program to
execute on a quantum computer.
Using Tower, we implement Ground, the first quantum library of data
structures, including lists, stacks, queues, strings, and sets. We provide the
first executable implementation of sets that satisfies all three mandated
properties of reversibility, history independence, and bounded-time execution.
- Abstract（参考訳）: 要素差分性、サブセット和、最も近いペアなどの問題に対する量子アルゴリズムは、抽象データ構造に依存して計算上の利点を示す。
量子コンピュータのプログラムとしてそのようなアルゴリズムを実現するには、データの量子重ね合わせを操作するユニタリ演算子に対応するデータ構造の効率的な実装が必要である。
重ね合わせで正しく操作するには、実装は3つの特性 – 可逆性、履歴独立性、境界時間実行 – を満たす必要がある。
ハッシュテーブルとしての抽象セットの表現のような標準実装は、これらのプロパティを失敗させ、特別な実装を開発するためのツールを呼び出す。
本稿では,ランダムアクセスメモリを持つ量子プログラムのための最初の言語であるcore towerを提案する。
Core Towerを使うと、開発者はポインタベースのリンクデータとしてデータ構造を実装することができる。
すべての有効なプログラムをユニタリ量子回路に変換できる可逆的なセマンティクスを備えている。
我々は,量子重ね合わせにおいて可逆性,履歴非依存,定数時間動的メモリ割り当てをサポートする最初のメモリアロケータbosonを提案する。
再帰的に定義されたデータ構造を持つ量子プログラミングのための言語である tower も紹介する。
Towerは、プログラムが量子コンピュータ上で実行するために必要な古典的パラメータを使って、すべての再帰をバウンドする型システムを備えている。
towerを使って、リスト、スタック、キュー、文字列、セットを含むデータ構造の最初の量子ライブラリであるgroundを実装します。
可逆性、履歴独立性、および有界時間実行の3つの必須特性をすべて満足する集合の最初の実行可能な実装を提供する。
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