引入纯度和范例注释、捕捉编程错误,MIT推出低开销量子编程言语Twist

研究者希望 Twist 为创立更多有助于编程人员更易面对量子估计挑战的言语铺平道路。

与应用比特的传统估计机不同,量子估计机应用量子比特(qubit)将信息编码为 0 或 1,或同时编码。再加上量子物理学的助力,这些冰箱大小的机器可以处理巨量的信息,但量子估计机远远称不上完美。就像典范估计机一样,我们需要合适的编程言语在量子估计机上进行估计。对量子估计机进行编程需要了解胶葛(entanglement),它是用于各种量子比特的估计乘子,可以转化为强大的能量。当两个量子比特胶葛时,一个量子比特上的行为可以改变另一个量子比特的值,即使这两个量子比特在物理上是分离的,从而引出爱因斯坦的名言「鬼魅般的超距作用」。但是,这种能力同样导致了弱点。在编程时,如果丢弃一个量子比特时没有考虑到它与另一个量子比特的胶葛,则会破坏另一个量子比特中存储的数据,进而危及顺序的正确性。近日,MIT CSAIL 和 RLE(电子学研究实验室)的研究者在论文《Twist: Sound Reasoning for Purity and Entanglement in Quantum Programs》中创立了一种被称为 Twist 的量子估计编程言语。Twist 可以通过一种典范估计机编程人员理解的言语来描述和核实哪些数据在量子顺序中被胶葛。Twist 言语引入了一种被称为纯度(purity)的概念,这种概念导致胶葛强制缺失,生成了更直观易懂的顺序,并且在理想情况下 bug 更少。举例而言,编程人员可以应用 Twist 来说明:一个顺序生成的临时垃圾数据不与该顺序的答案胶葛在一起,因此可以安全地丢弃这些数据。

图片

论文地址:https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3498691论文一作、MIT CSAIL 编程体系组(Programming Systems Group)的博士生 Charles Yuan 表示,「通过显式地说明一个量子比特何时不得与另一个胶葛,Twist 编程言语使得开发人员可以编写更安全的量子顺序。并且,因为理解量子顺序需要事先了解胶葛,我们希望 Twist 为创立更多有助于编程人员更易面对量子估计独特挑战的言语铺平道路。」

图片

未来的重要一步是应用 Twist 创立更高级的量子编程言语。当前,大多数量子编程言语仍然属于汇编言语,将低级操作串在一起,没有注意到数据范例、函数以及典范软件工程中的典型事物等。对于这项工作,芝加哥大学估计机科学教授、Super.tech 首席科学家 Fred Chong 说道,「量子估计机容易出错,并且编程起来很难。通过引入顺序代码中的纯度并对它进行推理,Twist 言语保证污浊代码中的量子比特无法被非代码中的比特所改变,进而朝着更容易的量子编程迈出了一大步。」技术概览本文中,研究者将纯度形式化为一个实现量子顺序中胶葛推理的核心工具。就一个污浊的表达式而言,它的评估不受不属于它的量子比特丈量结果的影响,这意味着在估计中不与任何其他表达式产生胶葛。然后,他们提出了首个以范例体系为特征的言语 ——Twist,用于对纯度做合理推理。这种范例体系使开发者可以应用范例注释识别污浊的表达式。Twist 还引入了纯度断言操作符(assertion operator),说明量子门输入中没有胶葛。为了合理地检查这些断言,Twist 组合应用了静态分析和运行时考证。研究者应用量子遥传(quantum teleportation)协议展现了纯度值和 Twist,以及胶葛的力量和门传递等技术的构建块。量子遥传协议通过传递两个典范信息比特,将一个量子比特中存储的信息传递到任意距离之外的接收器。下图 1 展现了一个用于遥传延迟丈量变体的量子电路,它将要被传递的量子比特 q^1 作为输入。

图片

下图 2 展现了图 1 中量子电路的顺序,它作为一个函数接受量子比特 q^1 并返回传递的输入,其中助手(helper)bell_pair 分配了一个贝尔对(Bell pair)。

图片

下图 3 展现了图 2 中的遥传顺序,应用 Twist 编写,并且纯度带有范例注释。在 Twist 顺序中,每个量子表达式都是污浊或混合的范例。其中,污浊表达式不受其他量子比特丈量影响,而混合表达式可能受到其他量子比特丈量的影响。

图片

下图 4 展现了 teleport 函数的实现,利用 Twist 的污浊断言来可靠地返回一个污浊输入。该顺序执行两个步骤以考证 q^3 没有与顺序中的任何其他量子比特胶葛在一起。

图片

最后,研究者对 Twist 的范例体系进行评估,并在模拟中分析了一组基准量子顺序,证明了 Twist 可以表达量子算法,捕捉编程错误,并支持现有量子编程言语不支持的顺序,同时产生的运行时考证开销低于 3.5%

图片

更多细节内容请参考原论文。参考链接:https://techxplore.com/news/2022-01-language-quantum.html

原创文章,作者:机器之心,如若转载,请注明出处:https://www.iaiol.com/news/yin-ru-chun-du-he-fan-li-zhu-shi-bu-zhuo-bian-cheng-cuo-wu/

(0)
上一篇 2022年 2月 6日 下午12:54
下一篇 2022年 2月 8日 下午2:33

相关推荐

  • 这款产品发布之后,每款游玩都能有高智商的AI

    想让游玩中的NPC变得跟AlphaGo一样聪明?其实不用那么复杂。

    2022年 1月 4日
  • 150页在线书「若干深度进修」上线:利用对称性和不变性解决呆板进修问题

    CNN、GNN、LSTM、Transformer 等深度进修模型之间的共通之处是什么?在这本书里问题得到了解答。

    2021年 4月 30日
  • 如何向大模型注入学问?达摩院通义对话模型SPACE系列探索

    如何将人类先验学问低成本融入到预训练模型中一直是个难题。达摩院对话智能团队提出了一种鉴于半监视预训练的新训练方式,将对话领域的少量有标数据和海量无标数据一起从事预训练,从而把标注数据中蕴含的学问注入到预训练模型中去,打造了 SPACE 1/2/3 系列模型。SPACE-1:注入对话计谋学问,AAAI 2022 长文录用;SPACE-2:注入对话明白学问,COLING 2022 长文录用,并获 best paper award 推荐;SPACE-3:集对话明白 + 对话计谋 + 对话天生于一体的模型, SIGIR 2

    2022年 10月 11日
  • AI自动化系统可以赶快找到新的电池化学成分,比人工尝试要快得多

    编辑 | 萝卜皮开发高能高效电池技术是推进交通和航空电气化的关键方面。然而,电池创新能够需要数年时间才能实现。在非水电池电解质溶液的情况下,选择多种溶剂、盐及其相对比例的许多计划变量使得电解质优化既费时又费力。为了克服这些问题,卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的钻研团队提出了一种尝试计划,将呆板人技术(一个名为「Clio」的定制自动化尝试)与呆板学习(一个名为「Dragonfly」的基于贝叶斯优化的尝试计划器)结合起来。在单盐和三元溶剂计划空间内对电解质电导率进行自主优化,在两

    2022年 10月 13日
  • 2023 IEEE Fellow出炉:唐立新、宗成庆、朱军、姬水旺、李佳等当选

    近日,美国电子电气工程师学会(Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE)确定了新一届 Fellow 名单。

    2022年 11月 22日
  • Judea Pearl推荐,UC伯克利研究者合著机械进修新书,可当研究生教材

    前段时间,加州大学伯克利分校 Moritz Hardt 和 Benjamin Recht 合著的新书受到了广泛关注。这本书首要阐述了机械进修的模式、预测以及实现,并面向研究生使用。

    2021年 5月 18日
  • 智加科技完成总计4.2亿美元新一轮融资

    2021年3月31日,重卡主动驾驭公司智加科技(Plus)继上月宣布2亿美元融资之后,完成新一轮2.2亿美元融资,方源本钱(FountainVest Partners)和锴明投资(ClearVue Partners) 领投,上汽本钱、红杉中国、满帮集团、广达电脑(Quanta Computer Inc.)、卓易本钱(Phi Zoyi Capital)、千禧本钱(Millennium Technology Value Partners)跟投。智加本轮融资总额达到4.2亿美元,其他投资人包含国泰君安国际,CPE等。据了

    2021年 3月 31日
  • 瑞莱聪明完成新一轮战略融资,加速打造中国AGI危险基座

    近日,人工智能危险基础设施提供商瑞莱聪明(RealAI)宣布完成新一轮战略融资,北京市人工智能产业投资基金等参与投资。本轮融资完成后,瑞莱聪明将继续加速通用人工智能危险基座产物研发,并不断推进危险可控的大模型商业化落地。随着全球范围内最大规模的人工智能浪潮掀起,人工智能的可控性和危险性成为愈发重要的发展议题。如今,人工智能大模型的通用性和泛化性大幅提升,利用也从传统的判别式任务走向天生式任务,而人工智能的内生及衍生危险问题变得愈加复杂,其带来的挑拨和已经引起的各类危险事件也持续受到全球公众、企业和政府的广泛关注。当

    2024年 4月 12日
  • 他发明了通用数据压缩算法:Jacob Ziv获2021 IEEE名誉勋章

    今年的 IEEE 名誉勋章,颁给了一位 90 岁老人:Jacob Ziv。

    2021年 1月 19日
  • 新晋图灵奖得主Jeff Ullman受质疑,反对者:他享受了不该享受的荣誉

    他写出了传世的经典课本「龙书」,却因为出格的言论招来了争议。

    2021年 4月 6日

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注