Qunity: A Unified Language for Quantum and Classical Computing
Qunity: A Unified Language for Quantum and Classical Computing
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Qunity：量子和经典计算的统一语言
DOI：
10.1145/3571225
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发表时间：
2023
影响因子：
--
通讯作者：
Hicks, Michael
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Voichick, Finn;Li, Liyi;Rand, Robert;Hicks, Michael
我们引入了 Qunity，一种新的量子编程语言，旨在将量子计算视为经典计算的自然推广。 Qunity 提供了一种统一的语法，其中熟悉的编程结构可以同时具有量子效应和经典效应。例如，可以使用求和类型来实现线性运算符的直接求和，使用异常处理语法来实现投影测量，以及使用混叠来引发纠缠。此外，Qunity 利用了被忽视的 BQP 子例程定理，允许人们通过不计算“垃圾”输出，从不可逆量子算法构建可逆子例程。与通过单独的附加组件实现量子方面的现有语言（如固定量子门的经典语言）不同，Qunity 提供了统一的语法和新颖的指称语义，保证程序在量子力学上有效。我们介绍了 Qunity 的语法、类型系统和指称语义，展示了它如何清晰地表达多种量子算法。我们还详细介绍了如何将 Qunity 编译成 OpenQASM 等低级量子比特电路语言，证明了我们设计的可实现性。
We introduce Qunity, a new quantum programming language designed to treat quantum computing as a natural generalization of classical computing. Qunity presents a unified syntax where familiar programming constructs can have both quantum and classical effects. For example, one can use sum types to implement the direct sum of linear operators, exception-handling syntax to implement projective measurements, and aliasing to induce entanglement. Further, Qunity takes advantage of the overlooked BQP subroutine theorem, allowing one to construct reversible subroutines from irreversible quantum algorithms through the uncomputation of "garbage" outputs. Unlike existing languages that enable quantum aspects with separate add-ons (like a classical language with quantum gates bolted on), Qunity provides a unified syntax and a novel denotational semantics that guarantees that programs are quantum mechanically valid. We present Qunity's syntax, type system, and denotational semantics, showing how it can cleanly express several quantum algorithms. We also detail how Qunity can be compiled into a low-level qubit circuit language like OpenQASM, proving the realizability of our design.
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