論文の概要: QSPE: Enumerating Skeletal Quantum Programs for Quantum Library Testing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.00024v1
• Date: Sat, 17 Jan 2026 08:10:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-09 02:03:42.218971
• Title: QSPE: Enumerating Skeletal Quantum Programs for Quantum Library Testing
• Title（参考訳）: QSPE: 量子ライブラリテストのための骨格量子プログラムを列挙する
• Authors: Jiaming Ye, Fuyuan Zhang, Shangzhou Xia, Xiaoyu Guo, Xiongfei Wu, Jianjun Zhao, Yinxing Xue,
• Abstract要約: 本稿では,差分テストの原則に従う実践的アプローチであるQSPEを提案し,量子ライブラリに対する既存のアプローチであるSPEを拡張した。 QSPEは完全に自動化されており、事前設定やドメインの専門知識を必要としない。 我々の実験では、QSPEアプローチは、複数の量子コンピューティングプラットフォームにまたがる22,770のプログラム変種を生成する際、顕著な効果を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.99653900003681
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The rapid advancement of quantum computing has led to the development of various quantum libraries, empowering compilation, simulation, and hardware backend interfaces. However, ensuring the correctness of these libraries remains a fundamental challenge due to the lack of mature testing methodologies. The state-of-the-art tools often rely on domain-specific configurations and expert knowledge, which limits their accessibility and scalability in practice. Furthermore, although these tools demonstrate strong performance, they adopt measurement-based for output validation in testing, which makes them produce false positive reports. To alleviate these limitations, we propose QSPE, a practical approach that follows the differential testing principle and extends the existing approach, SPE, for quantum libraries. QSPE is fully automated, requiring no pre-set configurations or domain expertise, and can effectively generate a large set of diverse program variants that comprehensively explore the quantum compilation space. To mitigate the possible false positive reports, we propose statevector-based validation as an alternative to measurement-based validation. In our experiments, the QSPE approach demonstrates remarkable effectiveness in generating 22,770 program variants across multiple quantum computing platforms. By avoiding $α$-equivalence at the quantum and classical program wise, QSPE can reduce redundant generation and save more than 90\% of execution cost. Finally, the statevector-based validation method assists QSPE to reduce false alarms and effectively detects 708 miscompilations across multiple quantum libraries. Notably, 81 of the discovered bugs have been officially approved and acknowledged by the Qiskit development team, demonstrating the practical impact of our approach.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの急速な進歩により、様々な量子ライブラリが開発され、コンパイル、シミュレーション、ハードウェアバックエンドインターフェースが強化された。 しかしながら、これらのライブラリの正確性を保証することは、成熟したテスト方法論が欠如しているため、根本的な課題である。 最先端のツールはドメイン固有の設定や専門家の知識に頼っていることが多く、実際にはアクセシビリティとスケーラビリティが制限されている。 さらに、これらのツールは高い性能を示すが、テストの出力検証に測定ベースを採用することで、偽陽性のレポートを生成する。 これらの制限を緩和するために,差分テストの原則に従う実践的なアプローチであるQSPEを提案し,量子ライブラリに対する既存のアプローチであるSPEを拡張した。 QSPEは完全に自動化されており、プリセットされた設定やドメインの専門知識を必要としない。 偽陽性の報告を緩和するために,測定に基づく検証の代替として状態ベクトルに基づく検証を提案する。 我々の実験では、QSPEアプローチは、複数の量子コンピューティングプラットフォームにまたがる22,770のプログラム変種を生成する際、顕著な効果を示す。 量子および古典的プログラムにおける$α$等価性を避けることで、QSPEは冗長な生成を減らし、実行コストの90%以上を節約できる。 最後に、状態ベクトルに基づく検証手法は、QSPEが誤報を減らすのを補助し、複数の量子ライブラリをまたいだ708の誤コンパイルを効果的に検出する。 特に、発見されたバグのうち81が正式に承認され、Qiskit開発チームによって承認され、我々のアプローチの実践的影響を実証しています。

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