論文の概要: Quantum Register Machine: Efficient Implementation of Quantum Recursive Programs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.10054v1
- Date: Mon, 19 Aug 2024 14:48:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-20 15:52:57.633364
- Title: Quantum Register Machine: Efficient Implementation of Quantum Recursive Programs
- Title（参考訳）: 量子レジスタマシン:量子再帰プログラムの効率的な実装
- Authors: Zhicheng Zhang, Mingsheng Ying,
- Abstract要約: 本稿では、量子制御フローをサポートする最初の純粋量子アーキテクチャ(命令セットを含む)である量子レジスタマシンの概念を提案する。
本稿では,量子レジスタマシンをベースとして,量子再帰プログラムの包括的な実装プロセスについて述べる。
量子アルゴリズムの効率的な実装は、量子アルゴリズムの自動並列化も提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.042810171786408
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum recursive programming has been recently introduced for describing sophisticated and complicated quantum algorithms in a compact and elegant way. However, implementation of quantum recursion involves intricate interplay between quantum control flows and recursive procedure calls. In this paper, we aim at resolving this fundamental challenge and develop a series of techniques to efficiently implement quantum recursive programs. Our main contributions include: 1. We propose a notion of quantum register machine, the first purely quantum architecture (including an instruction set) that supports quantum control flows and recursive procedure calls at the same time. 2. Based on quantum register machine, we describe the first comprehensive implementation process of quantum recursive programs, including the compilation, the partial evaluation of quantum control flows, and the execution on the quantum register machine. 3. As a bonus, our efficient implementation of quantum recursive programs also offers automatic parallelisation of quantum algorithms. For implementing certain quantum algorithmic subroutine, like the widely used quantum multiplexor, we can even obtain exponential parallel speed-up (over the straightforward implementation) from this automatic parallelisation. This demonstrates that quantum recursive programming can be win-win for both modularity of programs and efficiency of their implementation.
- Abstract（参考訳）: 量子再帰プログラミングは、高度で複雑な量子アルゴリズムをコンパクトでエレガントな方法で記述するために最近導入された。
しかし、量子再帰の実装には、量子制御フローと再帰的手続き呼び出しの間の複雑な相互作用が含まれる。
本稿では,この根本的な課題を解決し,量子再帰プログラムを効率的に実装するための一連の手法を開発することを目的とする。
1) 量子制御フローと再帰的手続き呼び出しを同時にサポートする最初の純粋量子アーキテクチャ(命令セットを含む)である量子レジスタマシン(quantum register machine)の概念を提案する。
2) 量子レジスタマシンをベースとして, コンピレーション, 量子制御フローの部分評価, 量子レジスタマシン上での実行を含む, 量子再帰プログラムの包括的な実装プロセスについて述べる。
3. 量子再帰プログラムの効率的な実装は、量子アルゴリズムの自動並列化も提供する。
広く使われている量子多重化器のような特定の量子アルゴリズムのサブルーチンを実装するために、この自動並列化から指数的並列スピードアップ(簡単な実装による)を得ることもできる。
このことは、量子再帰的プログラミングがプログラムのモジュラリティと実装の効率の両方に勝利できることを示している。
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