論文の概要: On the Potential of Quantum Computing in Classical Program Analysis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11045v1
• Date: Mon, 13 Oct 2025 06:24:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 18:06:30.220119
• Title: On the Potential of Quantum Computing in Classical Program Analysis
• Title（参考訳）: 古典的プログラム解析における量子コンピューティングの可能性について
• Authors: Yicheng Guang, Pietro Zanotta, Kai Zhou, Yueqi Chen, Ramin Ayanzadeh,
• Abstract要約: 量子コンピューティングを用いて古典的プログラムを解析するQEXについて述べる。 プログラム状態の重ね合わせとトレースデータの依存関係を絡み合いを通じて符号化する量子回路を合成することにより、QEXはプログラムの振る舞いを同時に探索することができる。 この研究は、古典的なプログラム分析に量子コンピューティングを使用する最初の提案である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.12525738112411
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Classical program analysis techniques, such as abstract interpretation and symbolic execution, are essential for ensuring software correctness, optimizing performance, and enabling compiler optimizations. However, these techniques face computational limitations when analyzing programs with large or exponential state spaces, limiting their effectiveness in ensuring system reliability. Quantum computing, with its parallelism and ability to process superposed states, offers a promising solution to these challenges. In this work, we present QEX, a design that uses quantum computing to analyze classical programs. By synthesizing quantum circuits that encode program states in superposition and trace data dependency between program variables through entanglement, QEX enables the simultaneous exploration of program behaviors, significantly improving scalability and precision. This advancement has broad applications, from debugging and security verification to optimizing compilers for next-generation hardware. As a proof-of-concept, we evaluated QEX on 22 benchmark programs, demonstrating its effectiveness in analyzing program states. To support more language features and make QEX realized sooner in Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC), we propose QEX-H which hybridizes QEX with classical analysis techniques. To our knowledge, this work is the first proposal to use quantum computing for classical program analysis.
• Abstract（参考訳）: 抽象解釈やシンボリック実行のような古典的なプログラム解析技術は、ソフトウェアの正しさを保証し、性能を最適化し、コンパイラの最適化を可能にするために不可欠である。 しかし、これらの手法は、大規模または指数的な状態空間を持つプログラムを解析する際に計算上の制限に直面し、システムの信頼性を確保する上での有効性を制限している。 並列性と重畳状態を処理する能力を備えた量子コンピューティングは、これらの課題に対する有望な解決策を提供する。 本稿では量子コンピューティングを用いて古典的プログラムを解析するQEXについて述べる。 プログラム変数間の重畳およびトレースデータ依存性をエンコードする量子回路の合成により、QEXはプログラム動作の同時探索を可能にし、スケーラビリティと精度を大幅に向上させる。 この進歩は、デバッグやセキュリティ検証から、次世代ハードウェアのコンパイラ最適化まで幅広い応用がある。 概念実証として、22のベンチマークプログラム上でのQEXを評価し、プログラム状態の解析においてその効果を実証した。 より多くの言語機能をサポートし、FTQC(Fault-Tolerant Quantum Computing)においてより早くQEXを実現するために、古典解析技術とQEXをハイブリッド化するQEX-Hを提案する。 我々の知る限り、この研究は古典的なプログラム分析に量子コンピューティングを使う最初の提案である。

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