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P2 CoqQ: Foundational Verification of Quantum Programs

CoqQ:量子程序的基础性验证
POPL 7(POPL)2023匹配度 2/10 · 该论文属于程序语言与形式化验证领域,使用 Coq 对量子程序进行深度嵌入与可靠性证明,但研究对象是量子程序,未涉及用户核心关注的 LLM/Agent 与静态分析、浮点程序分析、贝叶斯程序分析及其与 LLM 的交叉。仅在“形式化验证+工程实现”的方法论层面有间接关联。引用 33 inbox
Li Zhou, Gilles Barthe, Pierre-Yves Strub, Junyi Liu, Mingsheng Ying
crossref: 2026-09-10

AI 速览

一句话:在 Coq 中构建深度嵌入的量子编程语言与程序逻辑,并机器化证明其相对于指称语义的可靠性。

该论文提出 CoqQ,一个在 Coq 证明助手中推理量子程序的框架。其核心包括一个深度嵌入的量子编程语言,可便捷表达经典量子算法,以及一个表达力强的程序逻辑,用于证明程序性质。CoqQ 具有基础性:程序逻辑相对于基于 MathComp 与 MathComp Analysis 的指称语义被形式化证明为可靠。它也注重实用性:断言可使用 Dirac 表达式以简化规约,证明可利用局部与并行推理以减少验证工作量。论文通过文献中的多个实例展示了 CoqQ 的适用性。

问题
量子程序的正确性验证缺乏在证明助手中兼具坚实基础、可表达经典算法、支持简洁规约与可扩展推理的框架。
方法
在 Coq 中深度嵌入量子编程语言,基于 MathComp 与 MathComp Analysis 给出指称语义,设计程序逻辑并机器化证明其可靠性,同时支持 Dirac 表达式断言以及局部和并行推理。
评估
通过文献中的多个量子程序与算法实例,展示 CoqQ 在表达规约和降低验证工作量方面的适用性与实用性。
原文摘要(Abstract)

CoqQ is a framework for reasoning about quantum programs in the Coq proof assistant. Its main components are: a deeply embedded quantum programming language, in which classic quantum algorithms are easily expressed, and an expressive program logic for proving properties of programs. CoqQ is foundational: the program logic is formally proved sound with respect to a denotational semantics based on state-of-art mathematical libraries (MathComp and MathComp Analysis). CoqQ is also practical: assertions can use Dirac expressions, which eases concise specifications, and proofs can exploit local and parallel reasoning, which minimizes verification effort. We illustrate the applicability of CoqQ with many examples from the literature.

链接与引用

DOI 原文 · PDF(开放获取) ·

BibTeX
@article{paperbot2081,
  title = {CoqQ: Foundational Verification of Quantum Programs},
  author = {Li Zhou and Gilles Barthe and Pierre-Yves Strub and Junyi Liu and Mingsheng Ying},
  journal = {Proceedings of the ACM on Programming Languages},
  volume = {7},
  number = {POPL},
  year = {2023},
  doi = {10.1145/3571222}
}