論文の概要: Quantum circuits are just a phase
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.11676v1
- Date: Tue, 15 Jul 2025 19:31:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-17 19:00:11.12262
- Title: Quantum circuits are just a phase
- Title（参考訳）: 量子回路はただの位相である
- Authors: Chris Heunen, Louis Lemonnier, Christopher McNally, Alex Rice,
- Abstract要約: 我々は「ただの位相」からユニタリを生成する新しい量子プログラム言語を導入する。
この最小限の言語は、量子ゲートから固有分解、共役、制御されたユニタリへの焦点を持ち上げる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum programs today are written at a low level of abstraction - quantum circuits akin to assembly languages - and even advanced quantum programming languages essentially function as circuit description languages. This state of affairs impedes scalability, clarity, and support for higher-level reasoning. More abstract and expressive quantum programming constructs are needed. To this end, we introduce a novel yet simple quantum programming language for generating unitaries from "just a phase"; we combine a (global) phase operation that captures phase shifts with a quantum analogue of the "if let" construct that captures subspace selection via pattern matching. This minimal language lifts the focus from quantum gates to eigendecomposition, conjugation, and controlled unitaries; common building blocks in quantum algorithm design. We demonstrate several aspects of the expressive power of our language in several ways. Firstly, we establish that our representation is universal by deriving a universal quantum gate set. Secondly, we show that important quantum algorithms can be expressed naturally and concisely, including Grover's search algorithm, Hamiltonian simulation, Quantum Fourier Transform, Quantum Signal Processing, and the Quantum Eigenvalue Transformation. Furthermore, we give clean denotational semantics grounded in categorical quantum mechanics. Finally, we implement a prototype compiler that efficiently translates terms of our language to quantum circuits, and prove that it is sound with respect to these semantics. Collectively, these contributions show that this construct offers a principled and practical step toward more abstract and structured quantum programming.
- Abstract（参考訳）: 現在の量子プログラムは、アセンブリ言語に似た量子回路という低レベルの抽象化で書かれており、先進的な量子プログラミング言語でさえ本質的に回路記述言語として機能する。
この状況はスケーラビリティ、明快さ、高レベルの推論のサポートを妨げる。
より抽象的で表現力のある量子プログラミング構造が必要である。
そこで我々は、位相シフトをキャプチャする(グローバルな)位相演算と、パターンマッチングによって部分空間選択をキャプチャする"if let"構造の量子アナログを組み合わせる。
この最小限の言語は、量子ゲートから固有分解、共役、制御されたユニタリ(量子アルゴリズム設計における一般的なビルディングブロック)への焦点を持ち上げる。
我々は、言語表現力のいくつかの側面を、いくつかの方法で示す。
まず、普遍的な量子ゲート集合を導出することにより、我々の表現が普遍であることを確立する。
次に,Groverの探索アルゴリズム,ハミルトンシミュレーション,量子フーリエ変換,量子信号処理,量子固有値変換など,重要な量子アルゴリズムを自然かつ簡潔に表現できることを示す。
さらに、分類量子力学に基づくクリーンな意味論を与える。
最後に、我々の言語用語を量子回路に効率的に翻訳するプロトタイプコンパイラを実装し、これらの意味論に関して健全であることを証明する。
これらの貢献は、この構造がより抽象的で構造化された量子プログラミングへの原則的で実践的なステップを提供することを示している。
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