The rôle of linear logic in coalgebraical approach of computing

Linear logic provides a logical perspective on computational issues such as control of resources and order of evaluation. The most important feature of linear logic is that formulae are considered as actions. While classical logic treats the sentences that are always true or false, in linear logic it depends on an internal state of a dynamic system. Curry-Howard correspondence is a correspondence between logic and computing in informatics. In this contribution we present two ways of computations which correctness we prove by Curry-Howard correspondence. We show a standard way and a new way of computing based on hylomorphism by using coalgebras which is an alternative method. Our method of recursive and corecursive computations we apply in simple authentication system

First steps in synthetic guarded domain theory: step-indexing in the topos of trees

We present the topos S of trees as a model of guarded recursion. We study the internal dependently-typed higher-order logic of S and show that S models two modal operators, on predicates and types, which serve as guards in recursive definitions of terms, predicates, and types. In particular, we show how to solve recursive type equations involving dependent types. We propose that the internal logic of S provides the right setting for the synthetic construction of abstract versions of step-indexed models of programming languages and program logics. As an example, we show how to construct a model of a programming language with higher-order store and recursive types entirely inside the internal logic of S. Moreover, we give an axiomatic categorical treatment of models of synthetic guarded domain theory and prove that, for any complete Heyting algebra A with a well-founded basis, the topos of sheaves over A forms a model of synthetic guarded domain theory, generalizing the results for S

T-duality in rational homotopy theory via L∞L_\infty-algebras

We combine Sullivan models from rational homotopy theory with Stasheff's $L_\infty$-algebras to describe a duality in string theory. Namely, what in string theory is known as topological T-duality between $K^0$-cocycles in type IIA string theory and $K^1$-cocycles in type IIB string theory, or as Hori's formula, can be recognized as a Fourier-Mukai transform between twisted cohomologies when looked through the lenses of rational homotopy theory. We show this as an example of topological T-duality in rational homotopy theory, which in turn can be completely formulated in terms of morphisms of $L_\infty$-algebras.Comment: A few inaccuracies fixed and one example added; 24 page

Geometry of abstraction in quantum computation

Quantum algorithms are sequences of abstract operations, performed on non-existent computers. They are in obvious need of categorical semantics. We present some steps in this direction, following earlier contributions of Abramsky, Coecke and Selinger. In particular, we analyze function abstraction in quantum computation, which turns out to characterize its classical interfaces. Some quantum algorithms provide feasible solutions of important hard problems, such as factoring and discrete log (which are the building blocks of modern cryptography). It is of a great practical interest to precisely characterize the computational resources needed to execute such quantum algorithms. There are many ideas how to build a quantum computer. Can we prove some necessary conditions? Categorical semantics help with such questions. We show how to implement an important family of quantum algorithms using just abelian groups and relations.Comment: 29 pages, 42 figures; Clifford Lectures 2008 (main speaker Samson Abramsky); this version fixes a pstricks problem in a diagra

Coalgebras, clone theory, and modal logic

gekürzte Fassung: Coalgebren wurden sowohl in der Mathematik (seit den 70er Jahren) als auch in der theoretischen Informatik (seit den 90er Jahren) untersucht. In der Mathematik sind Coalgebren dual zu universellen Algebren definiert. Sie bestehen aus einer Trägermenge A zusammen mit Cofunktionen ? : A ? , die A in die n-fache disjunkte Vereinigung von sich selbst abbilden. Das Ziel der Forschung ist hier vor allem, duale Versionen von Definitionen und Resultaten aus der universellen Algebra für die Welt der Coalgebren zu finden. Die theoretische Informatik betrachtet Coalgebren von kategorieller Seite aus. Für einen gegebenen Funktor F : C ? C sind Coalgebren als Paare (S,"alpha") definiert, wobei S ein Objekt von C und "alpha" : S ? F(S) ein Morphismus in C ist. Somit stellt der obige Ansatz mit Cofunktionen einen Spezialfall dar. Begriffe wie Homomorphismus oder Bisimularität lassen sich auf einfache Weise ausdrücken und handhaben. Solche Coalgebren modellieren eine große Anzahl von dynamischen Systemen. Das liefert eine kanonische und vereinheitlichende Sicht auf diese Systeme. Die vorliegende Dissertation führt beide genannten Forschungsrichtungen der Coalgebren weiter: Teil I beschäftigt sich mit "klassischen" Coalgebren, also solchen, wie sie in der universellen Algebra untersucht werden. Insbesondere wird das Verhältnis zur Klontheorie erforscht. Teil II der Arbeit widmet sich dem kategoriellen Ansatz aus der theoretischen Informatik. Von speziellem Interesse ist hier die Anwendung von Coalgebren zur Spezifikation von Systemen. Coalgebren und Klontheorie In der universellen Algebra spielen Systeme von Funktionen eine bedeutende Rolle, u.a. in der Klontheorie. Dort betrachtet man Funktionen auf einer festen gegebenen Grundmenge. Klone von Funktionen sind Mengen von Funktionen, die alle Projektionen enthalten und die gegen Superposition (d.h. Einsetzen) abgeschlossen sind. Extern lassen sich diese Klone als Galois-abgeschlossene Mengengzgl. der Galois-Verbindung zwischen Funktionen und Relationen darstellen. Diese Galois-Verbindung wird durch die Eigenschaft einer Funktion induziert, eine Relation zu bewahren. Dual zu Klonen von Funktionen wurde von B. Csákány auch Klone von Cofunktionen untersucht. Folglich stellt sich die Frage, ob solche Klone ebenfalls mittels einer geeigneten Galois-Verbindung charakterisiert werden können. Die vorliegende Arbeit führt zunächst den Begriff von Corelationen ein. Es wird auf kanonische Weise definiert, was es heißt, daß eine Cofunktion eine Corelation bewahrt. Dies mündet in einer Galois-Theorie, deren Galois-abgeschlossene Mengen von Cofunktionen tatsächlich genau die Klone von Cofunktionen sind. Überdies entsprechen die Galois-abgeschlossenen Mengen von Corelationen genau den Klonen von Corelationen. Die Galois-Theorien von Funktionen und Relationen einerseits und Cofunktionen und Corelationen anderseits sind sich sehr ähnlich. Das wirft die Frage auf, welche Voraussetzungen allgemein nötig sind, um solche und ähnliche Galois-Theorien aufzustellen und die entsprechenden Galois-abgeschlossenen Mengen zu charakterisieren. Das Ergebnis ist eine Metatheorie, bei der die Gemeinsamkeiten in den Charakterisierungen der Galois-abgeschlossenen Mengen herausgearbeitet sind. Bereits bekannte Galois-Theorien erweisen sich als Spezialfälle dieser Metatheorie, und zwar die Galois-Theorien von partiellen Funktionen und Relationen, von mehrwertigen Funktionen und Relationen und von einstelligen Funktionen und Relationen...

Geometry of abstraction in quantum computation

Modern cryptography is based on various assumptions about computational hardness and feasibility. But while computability is a very robust notion (cf Church\u27s Thesis), feasibility seems quite sensitive to the available computational resources. A prime example are, of course, quantum channels, which provide feasible solutions of some otherwise hard problems; but ants\u27 pheromones, used as a computational resource, also provide feasible solutions of other hard problems. So at least in principle, modern cryptography is concerned with the power and availability of computational resources. The standard models, used in cryptography and in quantum computation, leave a lot to be desired in this respect. They do, of course, support many interesting solutions of deep problems; but besides the fundamental computational structures, they also capture some low level features of particular implementations. In technical terms of program semantics, our standard models are not *fully abstract*. (Related objections can be traced back to von Neumann\u27s "I don\u27t believe in Hilbert spaces" letters from 1937.) I shall report on some explorations towards extending the modeling tools of program semantics to develop a geometric language for quantum protocols and algorithms. Besides hiding the irrelevant implementation details, its abstract descriptions can also be used to explore simple nonstandard models. If the time permits, I shall describe a method to implement teleportation, as well as the hidden subgroup algorithms, using just abelian groups and relations