論文の概要: QEMI: A Quantum Software Stacks Testing Framework via Equivalence Modulo Inputs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09942v1
• Date: Tue, 10 Feb 2026 16:26:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-11 20:17:43.68308
• Title: QEMI: A Quantum Software Stacks Testing Framework via Equivalence Modulo Inputs
• Title（参考訳）: QEMI: 同値モデュロ入力による量子ソフトウェアスタックテストフレームワーク
• Authors: Junjie Luo, Shangzhou Xia, Fuyuan Zhang, Jianjun Zhao,
• Abstract要約: 我々は量子ソフトウェアスタックの新しいテスト手法であるQuantum EMIを提案する。 QEMIは、量子制御フロー構造に基づくデッドコードでコードを生成する。 11のクラッシュバグと1つの動作不整合の発見に成功しました。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.817488266327195
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As quantum algorithms and hardware continue to evolve, ensuring the correctness of the quantum software stack (QSS) has become increasingly important. However, testing QSSes remains challenging due to the oracle problem, i.e., the lack of a reliable ground truth for expected program behavior. Existing metamorphic testing approaches often rely on equivalent circuit transformations, backend modifications, or parameter tuning to address this issue. In this work, inspired by Equivalence Modulo Inputs (EMI), we propose Quantum EMI (QEMI), a new testing approach for QSSes. Our key contributions include: (1) a random quantum program generator that produces code with dead code based on quantum control-flow structures, and (2) an adaptation of the EMI technique from classical compiler testing to generate variants by removing dead code. By comparing the behavior of these variants, we can detect potential bugs in QSS implementations. We applied QEMI to Qiskit, Q#, and Cirq, and successfully identified 11 crash bugs and 1 behavioral inconsistency. QEMI expands the limited set of testing techniques available for quantum software stacks by going beyond structural transformations and incorporating semantics-preserving ones into quantum program analysis.
• Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムとハードウェアが進化を続けるにつれ、量子ソフトウェアスタック(QSS)の正しさがますます重要になっている。 しかし、QSSのテストは、オラクルの問題、すなわち、期待されるプログラムの振る舞いに対して信頼できる基礎的真実が欠如しているため、依然として困難である。 既存のメタモルフィックテストアプローチは、この問題に対処するために等価な回路変換、バックエンドの変更、パラメータチューニングに依存することが多い。 本研究は、Equivalence Modulo Inputs (EMI)にヒントを得て、QSSの新しいテスト手法であるQuantum EMI (QEMI)を提案する。 主な貢献は,(1)量子制御フロー構造に基づくデッドコードを生成するランダムな量子プログラム生成器,(2)古典的なコンパイラテストから,デッドコードを削除することで変種を生成するEMI技術の適応である。 これらの変異の挙動を比較することで、QSS実装の潜在的なバグを検出することができる。 QEMIをQiskit、Q#、Cirqに適用し、11のクラッシュバグと1つの動作不整合の特定に成功した。 QEMIは、構造変換を超越し、セマンティクスを保存するものを量子プログラム分析に組み込むことで、量子ソフトウェアスタックで利用可能な限定的なテスト技術を拡張する。

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