論文の概要: Symbolic Execution for Quantum Error Correction Programs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11313v2
• Date: Wed, 22 Nov 2023 04:52:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-23 12:03:57.960316
• Title: Symbolic Execution for Quantum Error Correction Programs
• Title（参考訳）: 量子誤り訂正プログラムの記号的実行
• Authors: Wang Fang, Mingsheng Ying
• Abstract要約: 量子プログラムのためのシンボリック実行フレームワークQSEを定義する。 量子誤り訂正プログラムの効率的な解析を容易にするシンボリック・スタビライザー状態を導入する。 我々はQuantumSE.jlというプロトタイプツールでシンボル安定化状態をサポートしてQSEを実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5664433935013165
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We define a symbolic execution framework QSE for quantum programs by integrating symbolic variables into quantum states and the outcomes of quantum measurements. The soundness theorem of QSE is proved. We further introduce symbolic stabilizer states, which facilitate the efficient analysis of quantum error correction programs. Within the QSE framework, we can use symbolic expressions to characterize the possible adversarial errors in quantum error correction, providing a significant improvement over existing methods that rely on sampling with simulators. We implement QSE with the support of symbolic stabilizer states in a prototype tool named QuantumSE.jl. With experiments on representative quantum error correction codes, including quantum repetition codes, Kitaev's toric codes, and quantum Tanner codes, we demonstrate the efficiency of QuantumSE.jl for debugging quantum error correction programs with over 1000 qubits. In addition, as a by-product of QSE, QuantumSE.jl's sampling functionality for stabilizer circuits also outperforms the state-of-the-art stabilizer simulator, Google's Stim, in the experiments.
• Abstract（参考訳）: 我々は,量子プログラムのためのシンボリック実行フレームワークqseを定義し,記号変数を量子状態と量子測定結果に統合する。 QSEの音響定理が証明される。 さらに,量子誤差補正プログラムの効率的な解析を容易にするシンボリック安定化状態を導入する。 QSEフレームワーク内では、シンボリック表現を用いて量子誤り訂正の可能な逆誤差を特徴付けることができ、シミュレータによるサンプリングに依存する既存の手法よりも大幅に改善される。 我々はQuantumSE.jlというプロトタイプツールでシンボル安定化状態をサポートするQSEを実装した。 量子反復符号、北エフのトーリック符号、量子タナー符号を含む代表量子誤り訂正符号の実験により、1000量子ビットを超える量子誤り訂正プログラムをデバッグするためのQuantumSE.jlの効率を実証する。 さらに、QSEの副産物として、QuantumSE.jlの安定化回路のサンプリング機能は、実験において最先端の安定化シミュレータであるGoogleのStimよりも優れている。

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