論文の概要: Reversible Lifetime Semantics for Quantum Programs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.14538v1
- Date: Sun, 15 Mar 2026 18:25:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.875247
- Title: Reversible Lifetime Semantics for Quantum Programs
- Title（参考訳）: 量子プログラムの可逆的ライフタイムセマンティックス
- Authors: Simone Faro, Francesco Pio Marino, Gabriele Messina,
- Abstract要約: 本稿では,emphScope-Bunded Liveness-Guided Uncomputationの形式モデルを提案する。
ネストしたスコープにおける構成的正しさを証明し,臨界パスオーバーヘッドを回避し,早期再生により回路深度を低減できることを示す。
自動計算を制限しなければならない制約(可逆性、永続的絡み合い、エイリアス)を特徴付ける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Reversible computation requires that intermediate data be explicitly undone rather than discarded. In quantum programming, this principle appears as uncomputation, usually treated as a technical cleanup mechanism. We instead present uncomputation as a semantic foundation. In the Qutes language, we introduce a formal model of \emph{Scope-Bounded Liveness-Guided Uncomputation}, where lexical scope bounds variable lifetime and static liveness and entanglement analysis determine the earliest safe reclamation point. We define semantic lifetime and a Restoration Invariant ensuring that temporary quantum information disappears once it becomes semantically irrelevant. We prove compositional correctness under nested scopes and show that early reclamation can reduce circuit depth by avoiding critical-path overhead and can bound peak live qubits through disciplined ancilla reuse. Finally, we show that parameter passing semantics emerges from the same lifetime discipline, with pass-by-value and pass-by-reference corresponding to different lifetime boundaries, and we characterize the constraints (irreversibility, persistent entanglement, and aliasing) under which automatic uncomputation must be restricted.
- Abstract（参考訳）: 可逆計算では、中間データを捨てるのではなく、明示的に取り除く必要がある。
量子プログラミングでは、この原理は非計算として現れ、通常は技術的なクリーンアップ機構として扱われる。
代わりに、意味論的基盤として非計算を提示します。
Qutes言語では、語彙範囲が変数寿命と静的な生存と絡み合い解析が最初期の安全な開拓点を決定するような、emph{Scope-Bounded Liveness-Guided Uncomputation} の形式モデルを導入する。
セマンティックライフタイムとリカバリ不変性を定義し、セマンティックに無関係になると一時的な量子情報が消えることを保証する。
本研究は, 営巣範囲における構成的正しさを証明し, 初期埋設により臨界経路オーバーヘッドを回避して回路深度を低減でき, 固定化アンシラ再利用によるピークライブキュービットの有界化が可能であることを示す。
最後に,パラメータパッシングのセマンティクスは同じライフスタイルから,異なるライフタイム境界に対応するパス・バイ・バリューとパス・バイ・レファレンスを持ち,自動計算を制限しなければならない制約(可逆性,永続的絡み合い,エイリアス)を特徴付けることを示す。
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