論文の概要: The Cost of Certainty: Shot Budgets in Quantum Program Testing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.22418v1
• Date: Sat, 25 Oct 2025 19:34:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 15:28:15.191424
• Title: The Cost of Certainty: Shot Budgets in Quantum Program Testing
• Title（参考訳）: 確実性のコスト: 量子プログラムテストにおけるショット予算
• Authors: Andriy Miranskyy,
• Abstract要約: 本稿では,量子プログラムの検証に要する測定量について,一貫した枠組みを構築した。 我々は, 誤差確率, 忠実度, トレース距離, および基本ショットカウント限界を確立するために有界な量子チャーノフの関係を解析する。 量子プログラムテストにおける測定ショットの予算化のための実践的なガイダンスを提供し、検証戦略を設計する際のコストに対する厳密さのバランスを支援する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As quantum computing advances toward early fault-tolerant machines, testing and verification of quantum programs become urgent but costly, since each execution consumes scarce hardware resources. Unlike in classical software testing, every measurement must be carefully budgeted. This paper develops a unified framework for reasoning about how many measurements are required to verify quantum programs. The goal is to connect theoretical error bounds with concrete test strategies and to extend the analysis from individual tests to full program-level verification. We analyze the relationship between error probability, fidelity, trace distance, and the quantum Chernoff bound to establish fundamental shot count limits. These foundations are applied to three representative testing methods: the inverse test, the swap test, and the chi-square test. Both idealized and noisy devices are considered. We also introduce a program-level budgeting approach that allocates verification effort across multiple subroutines. The inverse test is the most measurement efficient, the swap test requires about twice as many shots, and the chi-square test is easiest to implement but often needs orders of magnitude more measurements. In the presence of noise, calibrated baselines may increase measurement requirements beyond theoretical estimates. At the program level, distributing a global fidelity target across many fine-grained functions can cause verification costs to grow rapidly, whereas coarser decompositions or weighted allocations remain more practical. The framework clarifies trade-offs among different testing strategies, noise handling, and program decomposition. It provides practical guidance for budgeting measurement shots in quantum program testing, helping practitioners balance rigour against cost when designing verification strategies.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングが早期のフォールトトレラントマシンに進化するにつれて、各実行がハードウェアリソースを消費するため、量子プログラムのテストと検証は緊急だがコストがかかる。 古典的なソフトウェアテストとは異なり、すべての測定は慎重に予算化されなければならない。 本稿では,量子プログラムの検証に要する測定量について,一貫した枠組みを構築した。 目標は、理論上のエラー境界を具体的なテスト戦略と結びつけ、個々のテストから完全なプログラムレベルの検証まで分析を拡張することである。 我々は, 誤差確率, 忠実度, トレース距離, および基本ショットカウント限界を確立するために有界な量子チャーノフの関係を解析する。 これらの基礎は、逆検定、スワップ検定、チ二乗検定の3つの代表的な検定方法に適用される。 理想化されたデバイスとノイズの多いデバイスの両方が考慮されている。 また,複数のサブルーチンにまたがって検証作業を割り当てるプログラムレベルの予算化手法も導入する。 逆試験は最も効率的な測定であり、スワップテストは2倍のショットを必要とする。 ノイズの存在下では、キャリブレーションされたベースラインは、理論的な推定以上の測定要求を増加させる可能性がある。 プログラムレベルでは、大域的忠実度目標を多数の細粒度関数に分散すると、検証コストが急速に増大する可能性があるが、粗い分解や重み付けの割り当ての方が実用的である。 このフレームワークは、さまざまなテスト戦略、ノイズハンドリング、プログラムの分解のトレードオフを明確にする。 量子プログラムテストにおける測定ショットの予算化のための実践的なガイダンスを提供し、検証戦略を設計する際のコストに対する厳密さのバランスを支援する。

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