論文の概要: An Effective Quantum Hoare Logic for Hybrid Quantum Programs with Unbounded Loops
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.08548v1
- Date: Thu, 09 Jul 2026 14:41:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-10 14:45:27.569393
- Title: An Effective Quantum Hoare Logic for Hybrid Quantum Programs with Unbounded Loops
- Title（参考訳）: 非有界ループを持つハイブリッド量子プログラムに対する有効量子ホア論理
- Abstract要約: 非有界ループを含む複雑な制御構造を持つハイブリッド量子古典アルゴリズムが出現している。
記号実行のような正確な分析技術は、主にハイブリダイゼーションと非有界再帰を残している。
この研究は、ハイブリッド量子プログラムのための完全な静的リソース分析ツールの設計に向けた第一歩である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: While quantum hardware remains limited, hybrid quantum-classical algorithms with complex control structures, including unbounded loops, are emerging, posing new challenges for quantum program analysis, including the accurate estimation of the resource consumption of a given program. Meanwhile, precise analysis techniques such as symbolic execution have largely left out hybridization and unbounded recursion. On the other hand, current quantum Hoare logics that generally support them are lacking in expressiveness and miss out on efficient computational equational reasoning that could be implemented in a semi-automated tool. This leaves a gap awaiting to be filled. In this work, we answer this challenge with the first semi-automated static analysis solution combining effective functional verification and resource (termination or cost) estimation for hybrid quantum programs with unbounded loops. Towards that end, we introduce integer hybrid path-sums (IHPS), extending path-sums to handle unbounded while loops, as a representation of possible executions of a program. A generic strategy for determining termination and expected resource consumption via loop invariants is also proposed and illustrated on several examples. Finally, the solution is implemented as a semi-automatic Haskell program. This work is the first step toward the design of a complete static resource analysis tool for hybrid quantum programs, essential for the development of real-world quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアは依然として限られているが、非有界ループを含む複雑な制御構造を持つハイブリッド量子古典アルゴリズムが登場し、与えられたプログラムのリソース消費の正確な推定を含む量子プログラム分析に新たな課題を提起している。
一方、記号実行のような正確な分析手法は、ハイブリダイゼーションと非有界再帰をほとんど残している。
一方、それらをサポートする現在の量子ホア論理は表現性に欠けており、半自動ツールで実装できる効率的な計算方程式推論を見逃している。
これは埋められるのを待っているギャップを残します。
本研究では,非有界ループを持つハイブリッド量子プログラムの効率的な機能検証と資源(終端またはコスト)推定を組み合わせた,最初の半自動静的解析ソリューションを用いて,この問題に答える。
この目的のために,プログラムの実行可能な表現として整数ハイブリッドパスサム(IHPS)を導入し,非有界なループを扱うためにパスサムを拡張した。
ループ不変量による終端と期待される資源消費を決定するための一般的な戦略も提案され、いくつかの例で説明されている。
最後に、このソリューションは半自動Haskellプログラムとして実装される。
この研究は、実世界の量子コンピューティングの発展に欠かせない、ハイブリッド量子プログラムのための完全な静的リソース分析ツールの設計に向けた第一歩である。
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