論文の概要: Symbolic Execution for Quantum Error Correction Programs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11313v3
- Date: Sun, 28 Apr 2024 04:03:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-01 00:25:09.559561
- Title: Symbolic Execution for Quantum Error Correction Programs
- Title（参考訳）: 量子誤り訂正プログラムのシンボリック実行
- Authors: Wang Fang, Mingsheng Ying,
- Abstract要約: 量子プログラムのシンボリック実行フレームワークであるQSEを定義する。
本稿では、量子誤り訂正(QEC)プログラムの効率的な解析のために、安定化器発生器の位相を象徴するシンボリック安定化器状態を紹介する。
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）: 3.018910972030221
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We define QSE, a symbolic execution framework for quantum programs by integrating symbolic variables into quantum states and the outcomes of quantum measurements. The soundness of QSE is established through a theorem that ensures the correctness of symbolic execution within operational semantics. We further introduce symbolic stabilizer states, which symbolize the phases of stabilizer generators, for the efficient analysis of quantum error correction (QEC) programs. Within the QSE framework, we can use symbolic expressions to characterize the possible discrete Pauli errors in QEC, 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. Our experiments on representative QEC codes, including quantum repetition codes, Kitaev's toric codes, and quantum Tanner codes, demonstrate the efficiency of QuantumSE.jl for debugging QEC programs with over 1000 qubits. In addition, by substituting concrete values in symbolic expressions of measurement results, QuantumSE.jl is also equipped with a sampling feature for stabilizer circuits. Despite a longer initialization time than the state-of-the-art stabilizer simulator, Google's Stim, QuantumSE.jl offers a quicker sampling rate in the experiments.
- Abstract（参考訳）: 量子状態と量子測定結果にシンボリック変数を統合することで、量子プログラムのシンボリック実行フレームワークであるQSEを定義する。
QSEの健全性は、操作意味論における記号実行の正確性を保証する定理によって確立される。
さらに、量子誤り訂正(QEC)プログラムの効率的な解析のために、安定化器発生器の位相を象徴する記号安定化器状態を導入する。
QSEフレームワーク内では、シンボリック表現を使用して、QECにおける離散的なパウリエラー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メソッド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して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的QEC符号に関する実験は、1000量子ビット以上のQEC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。
また、測定結果のシンボル表現に具体的な値を置換することにより、安定化回路のサンプリング機能も備えている。
GoogleのStim、QuantumSE.jlは、最先端の安定化シミュレータよりも長い初期化時間にもかかわらず、実験においてより速いサンプリングレートを提供する。
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