論文の概要: Which Quantum Circuit Mutants Shall Be Used? An Empirical Evaluation of Quantum Circuit Mutations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.16913v3
- Date: Mon, 10 Jun 2024 15:21:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-12 04:38:15.238336
- Title: Which Quantum Circuit Mutants Shall Be Used? An Empirical Evaluation of Quantum Circuit Mutations
- Title（参考訳）: どの量子回路変異体を使うか? : 量子回路変異の実証評価
- Authors: Eñaut Mendiluze Usandizaga, Tao Yue, Paolo Arcaini, Shaukat Ali,
- Abstract要約: 実世界の382個の量子回路を変異させた700K以上の故障ベンチマーク(量子回路)を用いて,大規模な実験評価を行った。
この結果に基づいて、量子突然変異解析手法を体系的に定義する上で、研究者にとって貴重な知見を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.582630148228262
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: As a new research area, quantum software testing lacks systematic testing benchmarks to assess testing techniques' effectiveness. Recently, some open-source benchmarks and mutation analysis tools have emerged. However, there is insufficient evidence on how various quantum circuit characteristics (e.g., circuit depth, number of quantum gates), algorithms (e.g., Quantum Approximate Optimization Algorithm), and mutation characteristics (e.g., mutation operators) affect the detection of mutants in quantum circuits. Studying such relations is important to systematically design faulty benchmarks with varied attributes (e.g., the difficulty in detecting a seeded fault) to facilitate assessing the cost-effectiveness of quantum software testing techniques efficiently. To this end, we present a large-scale empirical evaluation with more than 700K faulty benchmarks (quantum circuits) generated by mutating 382 real-world quantum circuits. Based on the results, we provide valuable insights for researchers to define systematic quantum mutation analysis techniques. We also provide a tool to recommend mutants to users based on chosen characteristics (e.g., a quantum algorithm type) and the required difficulty of detecting mutants. Finally, we also provide faulty benchmarks that can already be used to assess the cost-effectiveness of quantum software testing techniques.
- Abstract（参考訳）: 新しい研究領域として、量子ソフトウェアテストには、テストテクニックの有効性を評価するための体系的なテストベンチマークが欠けている。
最近、いくつかのオープンソースベンチマークと突然変異解析ツールが登場した。
しかし、様々な量子回路特性(例えば、回路深度、量子ゲート数)、アルゴリズム(例えば、量子近似最適化アルゴリズム)、突然変異特性(例えば、突然変異演算子)が量子回路の突然変異体の検出にどのように影響するかの証拠は不十分である。
このような関係を研究することは、様々な特性(例えば、シードされた欠陥を検出するのが難しい)を持つ欠陥ベンチマークを体系的に設計し、量子ソフトウェアテスト技術の費用対効果を効率的に評価する上で重要である。
そこで本研究では,実世界の382個の量子回路を変異させることにより,700K以上の故障ベンチマーク(量子回路)を用いて大規模な実験評価を行う。
この結果に基づいて、量子突然変異解析手法を体系的に定義する上で、研究者にとって貴重な知見を提供する。
また、選択した特徴(例えば、量子アルゴリズムタイプ)と変異体検出の難しさに基づいて、ユーザに対してミュータントを推薦するツールも提供する。
最後に、量子ソフトウェアテスト技術のコスト効率を評価するために既に使用可能な、欠陥のあるベンチマークも提供します。
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