We show how to translate a subset of RISC-V machine code compiled from a subset of C to quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) models that may be solved by a quantum annealing machine: given a bound $n$, there is input $I$ to a program $P$ such that $P$ runs into a given program state $E$ executing no more than $n$ machine instructions if and only if the QUBO model of $P$ for $n$ evaluates to 0 on $I$. Thus, with more qubits on the machine than variables in the QUBO model, quantum annealing the model reaches 0 (ground) energy in constant time with high probability on some input $I$ that is part of the ground state if and only if $P$ runs into $E$ on $I$ executing no more than $n$ instructions. Translation takes $\mathcal{O}(n^2)$ time effectively turning a quantum annealer into a polynomial-time symbolic execution engine and bounded model checker, eliminating their path and state explosion problems. Here, we take advantage of the fact that any machine instruction may only increase the size of the program state by a constant amount of bits. Translation time comes down from $\mathcal{O}(n^2)$ to $\mathcal{O}(n)$ if memory consumption of $P$ is bounded by a constant, establishing a linear (quadratic) upper bound on quantum space, in number of qubits on a quantum annealer, in terms of algorithmic time (space) in classical computing. The construction provides a non-relativizing argument for $NP\subseteq BQP$, without violating the optimality of Grover's algorithm, also on gate-model quantum machines, and motivates a temporal and spatial metric of quantum advantage. Our prototypical open-source toolchain translates machine code that runs on real RISC-V hardware to models that can be solved by real quantum annealing hardware, as shown in our experiments.


翻译:我们展示如何将从 C 子集中编译的RIRC- V 机码子子集( $n美元 ) 转换为 QUBO 模型中比变量多的QUBO (QUBO), 可以用量子反射机解析模型到 0( 地面) 的能量, 一些输入的美元有很高的概率 $I 美元 美元, 只有当 $P 运行到给定的程序状态时, 美元执行不超过美元 。 翻译需要$ mathcal{O} (n%2) 美元对量直径对价对美元, 机器的量数比 QUBO 模型的变量多, 计算模型的直径对量调到 0( 地面) 某些输入的美元, 美元对量子值对量的量值对量, 也只能用量的量子值对量的量值 。

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