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.


翻译:可逆计算要求中间数据被显式地撤销而非丢弃。在量子编程中,这一原则表现为逆计算,通常被视为一种技术性的清理机制。相反,我们将逆计算作为一种语义基础来呈现。在Qutes语言中,我们引入了一种**作用域限定的活跃性引导逆计算**的形式化模型,其中词法作用域限定变量的生命周期,静态活跃性与纠缠分析共同确定最早的安全回收点。我们定义了语义生命周期和一个**恢复不变性**,确保临时量子信息一旦在语义上变得无关便消失。我们证明了嵌套作用域下的组合正确性,并表明早期回收可以通过避免关键路径开销来减少电路深度,并通过规范化的辅助比特重用限制峰值存活量子比特数。最后,我们展示了参数传递语义源于相同的生命周期规则,其中按值传递和按引用传递对应不同的生命周期边界,并且我们刻画了自动逆计算必须受到限制的约束条件(不可逆性、持久纠缠和别名)。

0
下载
关闭预览

相关内容

量子计算在非正规战争中的新兴潜力
专知会员服务
17+阅读 · 2025年2月23日
【牛津大学博士论文】量子自然语言处理范畴论,270页pdf
专知会员服务
21+阅读 · 2022年12月16日
2021年中国量子计算应用市场研究报告
专知会员服务
38+阅读 · 2021年10月28日
逆优化: 理论与应用
专知会员服务
38+阅读 · 2021年9月13日
【收藏】支持向量机原理详解+案例+代码!【点击阅读原文下载】
机器学习算法与Python学习
10+阅读 · 2018年9月13日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月26日
VIP会员
最新内容
新兴反无人机技术与不对称防御对策
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:12
《美空军条令出版物 3-60,目标定位(2026版)》
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:06
《无人机在冲突地区提供紧急医疗与外科支持》
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:48
《定向能武器交战授权治理管道》
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:41
《人工智能与海军作战》最新报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:00
具身AI安全综述:风险、攻击与防御
专知会员服务
2+阅读 · 今天12:02
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
13+阅读 · 5月5日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员