論文の概要: When Abstraction Breaks Physics: Rethinking Modular Design in Quantum Software

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.18557v1
• Date: Tue, 21 Oct 2025 12:08:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:13.460989
• Title: When Abstraction Breaks Physics: Rethinking Modular Design in Quantum Software
• Title（参考訳）: 抽象化が物理を破る時 - 量子ソフトウェアにおけるモジュール設計の再考
• Authors: Jianjun Zhao,
• Abstract要約: 抽象化は、モジュール性、再利用性、拡張性を可能にする、古典的なソフトウェア工学の基本的な原則である。 量子プログラムは、ユニタリティ、絡み合い、非閉鎖定理、測定の破壊的な性質など、根本的に異なる意味論に固執する。 本稿では,量子ソフトウェア工学における基本的な矛盾を,統語的に有効な抽象化手法が量子計算の物理的制約に反する可能性があることを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7944478276652287
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Abstraction is a fundamental principle in classical software engineering, which enables modularity, reusability, and scalability. However, quantum programs adhere to fundamentally different semantics, such as unitarity, entanglement, the no-cloning theorem, and the destructive nature of measurement, which introduce challenges to the safe use of classical abstraction mechanisms. This paper identifies a fundamental conflict in quantum software engineering: abstraction practices that are syntactically valid may violate the physical constraints of quantum computation. We present three classes of failure cases where naive abstraction breaks quantum semantics and propose a set of design principles for physically sound abstraction mechanisms. We further propose research directions, including quantum-specific type systems, effect annotations, and contract-based module design. Our goal is to initiate a systematic rethinking of abstraction in quantum software engineering, based on quantum semantics and considering engineering scalability.
• Abstract（参考訳）: 抽象化は、モジュール性、再利用性、拡張性を可能にする、古典的なソフトウェア工学の基本的な原則である。 しかし、量子プログラムは、ユニタリティ、絡み合い、非閉鎖定理、測定の破壊的な性質など、根本的に異なる意味論に固執し、古典的な抽象機構の安全な使用に挑戦する。 本稿では,量子ソフトウェア工学における基本的な矛盾を,統語的に有効な抽象化手法が量子計算の物理的制約に反する可能性があることを明らかにする。 そこで,本研究では, 量子論的意味論を破り, 物理的に健全な抽象機構の設計原則を提案する。 さらに,量子固有型システム,エフェクトアノテーション,契約に基づくモジュール設計などの研究方向を提案する。 我々のゴールは、量子セマンティクスとエンジニアリングのスケーラビリティを考慮した量子ソフトウェア工学における抽象概念の体系的再考を開始することです。

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