論文の概要: Using quantum annealing to generate test cases for cyber-physical systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21684v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 14:20:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 18:22:24.951162
- Title: Using quantum annealing to generate test cases for cyber-physical systems
- Title（参考訳）: 量子アニールによるサイバー物理システムのテストケース生成
- Authors: Hugo Araujo, Xinyi Wang, Mohammad Mousavi, Shaukat Ali,
- Abstract要約: 本稿では,サイバー物理システムにおけるテストケース生成の高速化のための突然変異に基づく手法を提案する。
我々は、量子アニールを用いて、改善のためのテストケースの重要な領域を特定し、ターゲットにします。
我々のアプローチは、このプロセスをD-Waveの量子アニールを用いて解を見つけるアルゴリズムに機械化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.26972474219581
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Quantum computing has emerged as a powerful tool to efficiently solve computational challenges, particularly in simulation and optimisation. However, hardware limitations prevent quantum computers from achieving the full theoretical potential. Among the quantum algorithms, quantum annealing is a prime candidate to solve optimisation problems. This makes it a natural candidate for search-based software testing in the Cyber-Physical Systems (CPS) domain, which demands effective test cases due to their safety-critical nature. This work explores the use of quantum annealing to enhance test case generation for CPS through a mutation-based approach. We encode test case mutation as a binary optimisation problem, and use quantum annealing to identify and target critical regions of the test cases for improvement. Our approach mechanises this process into an algorithm that uses D-Wave's quantum annealer to find the solution. As a main contribution, we offer insights into how quantum annealing can advance software testing methodologies by empirically evaluating the correlation between problem size, hardware limitations, and the effectiveness of the results. Moreover, we compare the proposed method against state-of-the-art classical optimisation algorithms, targeting efficiency (time to generate test cases) and effectiveness (fault detection rates). Results indicate that quantum annealing enables faster test case generation while achieving comparable fault detection performance to state-of-the-art alternatives.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、特にシミュレーションと最適化において、計算課題を効率的に解決するための強力なツールとして登場した。
しかし、ハードウェアの制限により、量子コンピュータが完全な理論的ポテンシャルを達成できない。
量子アルゴリズムの中で、量子アニールは最適化問題を解く主要な候補である。
これにより、Cyber-Physical Systems (CPS)ドメインにおける検索ベースのソフトウェアテストの自然な候補となり、安全性に批判的な性質から、効果的なテストケースが要求される。
本研究は、変異に基づくアプローチにより、CPSのテストケース生成を強化するために量子アニールの使用について検討する。
テストケースの突然変異をバイナリ最適化問題としてエンコードし、量子アニールを用いてテストケースの重要な領域を特定し、ターゲットとする。
我々のアプローチは、このプロセスをD-Waveの量子アニールを用いて解を見つけるアルゴリズムに機械化する。
主な貢献として、問題のサイズ、ハードウェアの限界、結果の有効性の相関を実証的に評価することにより、量子アニールがソフトウェアテスト方法論をどのように進めるかについての洞察を提供する。
さらに,提案手法を最先端の古典最適化アルゴリズムと比較し,効率性(テストケースを生成する時間)と有効性(デフォルト検出率)を目標とした。
その結果、量子アニールにより、最先端の代替品に匹敵する故障検出性能を達成しつつ、より高速なテストケース生成が可能であることが示唆された。
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