論文の概要: Quantum Program Testing Through Commuting Pauli Strings on IBM's Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.00501v1
- Date: Thu, 1 Aug 2024 12:10:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-04 20:46:24.423401
- Title: Quantum Program Testing Through Commuting Pauli Strings on IBM's Quantum Computers
- Title（参考訳）: IBMの量子コンピュータ上でのポーリ文字列の交換による量子プログラムテスト
- Authors: Asmar Muqeet, Shaukat Ali, Paolo Arcaini,
- Abstract要約: 量子ソフトウェアテストの新しいアプローチであるQOPSを提案する。
QOPSは、異なる量子プログラムとの互換性を改善するために、パウリ文字列に基づいた新しいテストケースの定義を導入した。
我々は、194,982個の実量子プログラム上でQOPSを実証的に評価し、完全F1スコア、精度、リコールによる最先端技術と比較して、テストアセスメントにおける効果的な性能を実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.925738064847176
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: The most promising applications of quantum computing are centered around solving search and optimization tasks, particularly in fields such as physics simulations, quantum chemistry, and finance. However, the current quantum software testing methods face practical limitations when applied in industrial contexts: (i) they do not apply to quantum programs most relevant to the industry, (ii) they require a full program specification, which is usually not available for these programs, and (iii) they are incompatible with error mitigation methods currently adopted by main industry actors like IBM. To address these challenges, we present QOPS, a novel quantum software testing approach. QOPS introduces a new definition of test cases based on Pauli strings to improve compatibility with different quantum programs. QOPS also introduces a new test oracle that can be directly integrated with industrial APIs such as IBM's Estimator API and can utilize error mitigation methods for testing on real noisy quantum computers. We also leverage the commuting property of Pauli strings to relax the requirement of having complete program specifications, making QOPS practical for testing complex quantum programs in industrial settings. We empirically evaluate QOPS on 194,982 real quantum programs, demonstrating effective performance in test assessment compared to the state-of-the-art with a perfect F1-score, precision, and recall. Furthermore, we validate the industrial applicability of QOPS by assessing its performance on IBM's three real quantum computers, incorporating both industrial and open-source error mitigation methods.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの最も有望な応用は、特に物理学シミュレーション、量子化学、ファイナンスといった分野において、探索と最適化のタスクを解くことに集中している。
しかし、現在の量子ソフトウェアテスト手法は、工業的文脈に適用した場合、実用的な制限に直面します。
(i)業界に最も関係のある量子プログラムには適用されない。
(ii)プログラムの完全な仕様が必要で、通常はこれらのプログラムでは利用できない。
第三に、IBMのような主要な業界アクターが現在採用しているエラー軽減手法と互換性がない。
これらの課題に対処するために、新しい量子ソフトウェアテスティングアプローチであるQOPSを提案する。
QOPSは、異なる量子プログラムとの互換性を改善するために、パウリ文字列に基づいた新しいテストケースの定義を導入した。
QOPSはまた、IBMのEstimator APIのような産業用APIと直接統合できる新しいテストオラクルを導入し、実際のノイズの多い量子コンピュータでのテストにエラー軽減手法を利用することができる。
パウリ弦の可換性を利用して、完全なプログラム仕様を持つことの要求を緩和し、QOPSは産業環境で複雑な量子プログラムをテストするのに実用的である。
我々は、194,982個の実量子プログラム上でQOPSを実証的に評価し、完全F1スコア、精度、リコールによる最先端技術と比較して、テストアセスメントにおける効果的な性能を実証した。
さらに,IBMの3つの実量子コンピュータの性能を評価することにより,QOPSの産業応用性を検証する。
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