Vše

Co hledáte?

Vše
Projekty
Výsledky výzkumu
Subjekty

Rychlé hledání

  • Projekty podpořené TA ČR
  • Významné projekty
  • Projekty s nejvyšší státní podporou
  • Aktuálně běžící projekty

Chytré vyhledávání

  • Takto najdu konkrétní +slovo
  • Takto z výsledků -slovo zcela vynechám
  • “Takto můžu najít celou frázi”

An Automata-Based Framework for Verification and Bug Hunting in Quantum Circuits

Identifikátory výsledku

  • Kód výsledku v IS VaVaI

    <a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216305%3A26230%2F23%3APU149404" target="_blank" >RIV/00216305:26230/23:PU149404 - isvavai.cz</a>

  • Výsledek na webu

    <a href="http://dx.doi.org/10.1145/3591270" target="_blank" >http://dx.doi.org/10.1145/3591270</a>

  • DOI - Digital Object Identifier

    <a href="http://dx.doi.org/10.1145/3591270" target="_blank" >10.1145/3591270</a>

Alternativní jazyky

  • Jazyk výsledku

    angličtina

  • Název v původním jazyce

    An Automata-Based Framework for Verification and Bug Hunting in Quantum Circuits

  • Popis výsledku v původním jazyce

    We introduce a new paradigm for analysing and finding bugs in quantum circuits. In our approach, the problem is given by a triple {P} C {Q} and the question is whether, given a set of quantum states P on the input of a circuit C, the set of quantum states on the output is equal to (or included in) a set Q. While this is not suitable to specify, e.g., functional correctness of a quantum circuit, it is sufficient to detect many bugs in quantum circuits. We propose a technique based on tree automata to compactly represent sets of quantum states and develop transformers to implement the semantics of quantum gates over this representation. Our technique computes with an algebraic representation of quantum states, avoiding the inaccuracy of working with floating-point numbers. We implemented the proposed approach in a prototype tool and evaluated its performance against various benchmarks from the literature. The evaluation shows that our approach is quite scalable, e.g., we managed to verify a large circuit with 40 qubits and 141,527 gates, or catch bugs injected into a circuit with 320 qubits and 1,758 gates, where all tools we compared with failed. In addition, our work establishes a connection between quantum program verification and automata, opening new possibilities to exploit the richness of automata theory and automata-based verification in the world of quantum computing.

  • Název v anglickém jazyce

    An Automata-Based Framework for Verification and Bug Hunting in Quantum Circuits

  • Popis výsledku anglicky

    We introduce a new paradigm for analysing and finding bugs in quantum circuits. In our approach, the problem is given by a triple {P} C {Q} and the question is whether, given a set of quantum states P on the input of a circuit C, the set of quantum states on the output is equal to (or included in) a set Q. While this is not suitable to specify, e.g., functional correctness of a quantum circuit, it is sufficient to detect many bugs in quantum circuits. We propose a technique based on tree automata to compactly represent sets of quantum states and develop transformers to implement the semantics of quantum gates over this representation. Our technique computes with an algebraic representation of quantum states, avoiding the inaccuracy of working with floating-point numbers. We implemented the proposed approach in a prototype tool and evaluated its performance against various benchmarks from the literature. The evaluation shows that our approach is quite scalable, e.g., we managed to verify a large circuit with 40 qubits and 141,527 gates, or catch bugs injected into a circuit with 320 qubits and 1,758 gates, where all tools we compared with failed. In addition, our work establishes a connection between quantum program verification and automata, opening new possibilities to exploit the richness of automata theory and automata-based verification in the world of quantum computing.

Klasifikace

  • Druh

    J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science

  • CEP obor

  • OECD FORD obor

    10201 - Computer sciences, information science, bioinformathics (hardware development to be 2.2, social aspect to be 5.8)

Návaznosti výsledku

  • Projekt

    Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.

  • Návaznosti

    P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Ostatní

  • Rok uplatnění

    2023

  • Kód důvěrnosti údajů

    S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Údaje specifické pro druh výsledku

  • Název periodika

    Proceedings of the ACM on Programming Languages

  • ISSN

    2475-1421

  • e-ISSN

  • Svazek periodika

    7

  • Číslo periodika v rámci svazku

    6

  • Stát vydavatele periodika

    US - Spojené státy americké

  • Počet stran výsledku

    26

  • Strana od-do

    1218-1243

  • Kód UT WoS článku

    001005701900052

  • EID výsledku v databázi Scopus

    2-s2.0-85161987319