論文の概要: Statistical Assertions for Debugging Quantum Circuits and States in CUDA-Q
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16255v1
- Date: Tue, 22 Jul 2025 06:09:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-23 21:34:13.98605
- Title: Statistical Assertions for Debugging Quantum Circuits and States in CUDA-Q
- Title（参考訳）: CUDA-Qにおける量子回路と状態のデバッギングのための統計的仮定
- Authors: Jocelyn Li, Ella Rubinshtein, Margaret Martonosi,
- Abstract要約: 本稿では,Q-Qツールの統計的アサーションに基づくワークフローを提案する。
我々のツールは、回路内の任意の点における量子ビットの状態に関する貴重な洞察を提供する。
我々は、フィッシャーの正確なテストとモンテカルロ法を組み合わせることで、製品状態のアサーションの信頼性を向上させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.0918473503782042
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As quantum computing continues to mature, more developers are designing, coding, and simulating quantum circuits. A challenge exists, however, in debugging quantum circuits, particularly as they scale in size and complexity. Given the lack of effective debugging workflows, developers are forced to manually inspect their circuits and analyze various quantum states, which is error-prone and time-consuming. In this research, we present a statistical assertion-based debugging workflow for CUDA-Q. CUDA-Q has gained popularity due to its ability to leverage GPUs to accelerate quantum circuit simulations; this allows circuits to scale to larger depths and widths, where they can be particularly hard to debug by hand. Inspired by and building from prior Qiskit-based debuggers, our work allows CUDA-Q users to verify quantum program correctness with greater ease. Through the insertion of statistical assertions within a quantum circuit, our tool provides valuable insights into the state of qubits at any point within a circuit, tracks their evolution, and helps detect deviations from expected behavior. Furthermore, we improve the reliability and accuracy of the product state assertion by using a combination of Fisher's exact test and the Monte Carlo Method instead of a chi-square test, and examine the impact of CUDA-Q's distinct kernel-based programming model on the design of our debugging tool. This work offers a practical solution to one of CUDA-Q's usability gaps, paving the way for more reliable and efficient quantum software development.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングが成熟し続けるにつれ、より多くの開発者が量子回路の設計、コーディング、シミュレーションを行っている。
しかし、量子回路のデバッギングには、特にサイズと複雑さのスケールにおいて、課題がある。
効果的なデバッグワークフローが欠如しているため、開発者は手動で回路を検査し、さまざまな量子状態を解析せざるを得ない。
本研究では,CUDA-Qのための統計的アサーションに基づくデバッグワークフローを提案する。
CUDA-Qは、GPUを活用して量子回路シミュレーションを高速化する能力によって人気を集めている。
従来のQiskitベースのデバッガからインスパイアされ、構築されたこの作業により、CUDA-Qユーザは、より簡単に量子プログラムの正確性を検証することができます。
量子回路に統計的アサーションを挿入することで、我々のツールは回路内の任意の点における量子ビットの状態に関する貴重な洞察を提供し、その進化を追跡し、期待された振る舞いから逸脱を検出するのに役立ちます。
さらに,Fisherの正確なテストとモンテカルロ法を組み合わせることで,製品状態アサーションの信頼性と精度を向上させるとともに,CUDA-Qの異なるカーネルベースのプログラミングモデルがデバッグツールの設計に与える影響を検討する。
この研究はCUDA-Qのユーザビリティギャップの1つに対する実用的な解決策を提供し、より信頼性が高く効率的な量子ソフトウェア開発への道を開いた。
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