Distributed quantum systems and especially the Quantum Internet have the ever-increasing potential to fully demonstrate the power of quantum computation. This is particularly true given that developing a general-purpose quantum computer is much more difficult than connecting many small quantum devices. One major challenge of implementing distributed quantum systems is programming them and verifying their correctness. In this paper, we propose a CSP-like distributed programming language to facilitate the specification and verification of such systems. After presenting its operational and denotational semantics, we develop a Hoare-style logic for distributed quantum programs and establish its soundness and (relative) completeness with respect to both partial and total correctness. The effectiveness of the logic is demonstrated by its applications in the verification of quantum teleportation and local implementation of non-local CNOT gates, two important algorithms widely used in distributed quantum systems.


翻译:开发通用量子计算机比连接许多小型量子装置要困难得多。实施分布量子系统的主要挑战之一是编程和核实其正确性。在本文件中,我们提出了一种类似于CSP的分布式编程语言,以便利这些系统的规格和核查。在展示其操作性和分辨性语义之后,我们为分布量子程序制定了一种Hoare式的逻辑,并确立了其纯度和完全正确性的合理性和(相对性)完整性。逻辑的有效性表现在它应用于量子传送的核查和本地非本地CNOT门的当地实施,这是分布式量子系统中广泛使用的两种重要算法。

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