論文の概要: Decision Models for Selecting Architecture Patterns and Strategies in Quantum Software Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.11671v1
- Date: Tue, 15 Jul 2025 19:25:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-17 19:00:11.118651
- Title: Decision Models for Selecting Architecture Patterns and Strategies in Quantum Software Systems
- Title（参考訳）: 量子ソフトウェアシステムにおけるアーキテクチャパターンと戦略の選択のための決定モデル
- Authors: Mst Shamima Aktar, Peng Liang, Muhammad Waseem, Amjed Tahir, Mojtaba Shahin, Muhammad Azeem Akbar, Arif Ali Khan, Aakash Ahmad, Musengamana Jean de Dieu, Ruiyin Li,
- Abstract要約: 本研究では,量子ソフトウェアシステムにおける6つの重要な設計領域におけるパターンと戦略を選択するための決定モデルを提案する。
次に、16人の量子ソフトウェア実践者と半構造化インタビューを行い、提案した決定モデルの親しみやすさ、理解可能性、完全性、有用性を評価した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.961482367956299
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum software represents disruptive technologies in terms of quantum-specific software systems, services, and applications - leverage the principles of quantum mechanics via programmable quantum bits (Qubits) that manipulate quantum gates (QuGates) - to achieve quantum supremacy in computing. Quantum software architecture enables quantum software developers to abstract away implementation-specific details (i.e., mapping of Qubits and QuGates to high-level architectural components and connectors). Architectural patterns and strategies can provide reusable knowledge and best practices to engineer quantum software systems effectively and efficiently. However, quantum software practitioners face significant challenges in selecting and implementing appropriate patterns and strategies due to the complexity of quantum software systems and the lack of guidelines. To address these challenges, this study proposes decision models for selecting patterns and strategies in six critical design areas in quantum software systems: Communication, Decomposition, Data Processing, Fault Tolerance, Integration and Optimization, and Algorithm Implementation. These decision models are constructed based on data collected from both a mining study (i.e., GitHub and Stack Exchange) and a Systematic Literature Review, which were used to identify relevant patterns and strategies with their involved Quality Attributes (QAs). We then conducted semi-structured interviews with 16 quantum software practitioners to evaluate the familiarity, understandability, completeness, and usefulness of the proposed decision models. The results show that the proposed decision models can aid practitioners in selecting suitable patterns and strategies to address the challenges related to the architecture design of quantum software systems. The dataset is available at [6], allowing the community to reproduce and build upon our findings.
- Abstract（参考訳）: 量子ソフトウェアは、量子固有のソフトウェアシステム、サービス、アプリケーションの観点から破壊的な技術を表し、量子ゲート(QuGates)を操作するプログラマブル量子ビット(Qubits)を介して量子力学の原理を活用し、計算における量子超越性を達成する。
量子ソフトウェアアーキテクチャにより、量子ソフトウェア開発者は実装固有の詳細(QubitsとQuGatesの高レベルのアーキテクチャコンポーネントとコネクタへのマッピング)を抽象化することができる。
アーキテクチャパターンと戦略は、量子ソフトウェアシステムを効率的かつ効率的に設計するための再利用可能な知識とベストプラクティスを提供することができる。
しかし、量子ソフトウェア実践者は、量子ソフトウェアシステムの複雑さとガイドラインの欠如により、適切なパターンと戦略を選択し、実装する上で重大な課題に直面している。
そこで本研究では,量子ソフトウェアシステムにおける6つの重要な設計領域 – 通信,分解,データ処理,フォールトトレランス,統合と最適化,アルゴリズム実装 – におけるパターンと戦略を選択するための決定モデルを提案する。
これらの決定モデルは、鉱業調査(GitHubとStack Exchange)と、関連するQA(Quality Attributes)と関連するパターンと戦略を特定するために使用されたSystematic Literature Reviewの両方から収集されたデータに基づいて構築されている。
次に、16人の量子ソフトウェア実践者と半構造化インタビューを行い、提案した決定モデルの親しみやすさ、理解可能性、完全性、有用性を評価した。
その結果,提案した決定モデルは,量子ソフトウェアシステムのアーキテクチャ設計に関わる課題に対処する適切なパターンと戦略を選択する上で,実践者を支援することが示唆された。
データセットは[6]で利用可能で、コミュニティが私たちの発見を再現して構築することができます。
関連論文リスト
- Benchmarking fault-tolerant quantum computing hardware via QLOPS [2.0464713282534848]
量子アルゴリズムを実行するためには、低ノイズレベルでスケーラブルな量子ハードウェアを開発することが不可欠である。
様々なハードウェアプラットフォーム向けに、フォールトトレラントな量子コンピューティングスキームが開発されている。
本稿では,FTQC方式の性能評価指標として,QLOPS(Quantum Logical Operations Per Second)を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-16T08:31:51Z) - Modeling Quantum Links for the Exploration of Distributed Quantum Computing Systems [3.0135120410768796]
本稿では,マイクロ波光子による量子状態分布に依存する量子通信プリミティブの遅延,損失,忠実性を推定するためのプロトコルとモデルについてレビューする。
また,将来の分散量子コンピューティングシステムの設計と評価を支援するスケーラブルなシミュレーションフレームワークを提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-05-13T13:53:44Z) - Architectural Patterns for Designing Quantum Artificial Intelligence Systems [25.42535682546052]
人工知能システムを強化するために量子コンピューティング技術を利用することで、トレーニングと推論時間を改善し、ノイズや敵攻撃に対する堅牢性を高め、精度を損なうことなくパラメータの数を減らすことが期待されている。
しかし、概念実証やシミュレーションを超えてこれらのシステムの実用的な応用を開発することは、量子ハードウェアの限界とそのようなシステムのソフトウェア工学における未発達の知識基盤によって大きな課題に直面している。
我々は、量子化人工知能システムのソフトウェアアーキテクチャに関連する課題と解決策を特定するために、体系的なマッピング研究を行った。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-11-14T05:09:07Z) - Model-Driven Engineering for Quantum Programming: A Case Study on Ground State Energy Calculation [4.889818921125023]
本研究では、ゲートベースの量子コンピューティングと量子アニーリングという2つの主要な量子プログラミング手法を組み合わせた新しいフレームワークを紹介する。
量子プログラムの適応性、設計、拡張性を高め、様々なコンピューティングプラットフォームにおける設計と運用を容易にすることを目的としている。
この研究の顕著な成果は、ゲートベースの量子コンピュータと量子アニールの間のプログラムのマッピング方法の開発である。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-05-27T11:37:20Z) - Architecture Decisions in Quantum Software Systems: An Empirical Study on Stack Exchange and GitHub [4.805163442157039]
この研究は、量子ソフトウェアシステムの開発中に行われたアーキテクチャ決定を経験的に調査し、分析することを目的としている。
量子ソフトウェア開発におけるアーキテクチャ決定に関連する385のイシュー(87のGitHubプロジェクトから)と70のポスト(3つのStack Exchangeサイトから)からのデータを収集しました。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-12-09T00:29:26Z) - Quantum algorithms: A survey of applications and end-to-end complexities [90.05272647148196]
期待されている量子コンピュータの応用は、科学と産業にまたがる。
本稿では,量子アルゴリズムの応用分野について検討する。
私たちは、各領域における課題と機会を"エンドツーエンド"な方法で概説します。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-10-04T17:53:55Z) - The Basis of Design Tools for Quantum Computing: Arrays, Decision
Diagrams, Tensor Networks, and ZX-Calculus [55.58528469973086]
量子コンピュータは、古典的コンピュータが決して起こらない重要な問題を効率的に解決することを約束する。
完全に自動化された量子ソフトウェアスタックを開発する必要がある。
この研究は、今日のツールの"内部"の外観を提供し、量子回路のシミュレーション、コンパイル、検証などにおいてこれらの手段がどのように利用されるかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-01-10T19:00:00Z) - Assessing requirements to scale to practical quantum advantage [56.22441723982983]
大規模量子アプリケーションに必要なリソースを推定するために,スタックの層を抽象化し,量子リソース推定のためのフレームワークを開発する。
3つのスケールされた量子アプリケーションを評価し、実用的な量子優位性を達成するために数十万から数百万の物理量子ビットが必要であることを発見した。
私たちの研究の目標は、より広範なコミュニティがスタック全体の設計選択を探索できるようにすることで、実用的な量子的優位性に向けた進歩を加速することにあります。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-11-14T18:50:27Z) - DQC$^2$O: Distributed Quantum Computing for Collaborative Optimization
in Future Networks [54.03701670739067]
本稿では、将来のネットワークにおける最適化タスクを解決するために、量子コンピュータと量子チャネルを管理するための適応型分散量子コンピューティング手法を提案する。
提案手法に基づいて,スマートグリッド管理やIoT連携,UAV軌道計画など,今後のネットワークにおける協調最適化の潜在的な応用について論じる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-16T02:44:52Z) - On exploring the potential of quantum auto-encoder for learning quantum systems [60.909817434753315]
そこで我々は,古典的な3つのハードラーニング問題に対処するために,QAEに基づく効果的な3つの学習プロトコルを考案した。
私たちの研究は、ハード量子物理学と量子情報処理タスクを達成するための高度な量子学習アルゴリズムの開発に新たな光を当てています。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-06-29T14:01:40Z) - Quantum Geometric Machine Learning for Quantum Circuits and Control [78.50747042819503]
我々は、量子幾何学的制御問題に対するディープラーニングの適用をレビューし、拡張する。
量子回路合成問題における時間-最適制御の強化について述べる。
我々の研究結果は、時間-最適制御問題に対する機械学習と幾何学的手法を組み合わせた量子制御と量子情報理論の研究者にとって興味深いものである。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-06-19T19:12:14Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。