論文の概要: Search-Based Quantum Program Testing via Commuting Pauli String

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11487v1
• Date: Thu, 12 Feb 2026 02:13:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.600986
• Title: Search-Based Quantum Program Testing via Commuting Pauli String
• Title（参考訳）: パウリ文字列を用いた探索型量子プログラムテスト
• Authors: Asmar Muqeet, Shaukat Ali, Paolo Arcaini,
• Abstract要約: SB-QOPS (SB-QOPS) は、パウリ文字列を交換する探索ベースの量子プログラムテスト手法である。 実量子コンピュータとエミュレータで最大29量子ビットの量子回路を大規模に評価する。 その結果,SB-QOPSはQOPSよりも優れており,最大29量子ビットの回路に対して100%の故障検出スコアが得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.124926843021984
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Quantum software testing is important for reliable quantum software engineering. Despite recent advances, existing quantum software testing approaches rely on simple test inputs and statistical oracles, costly program specifications, and limited validation on real quantum computers. To address these challenges, we propose SB-QOPS, a search-based quantum program testing approach via commuting Pauli strings. SB-QOPS, as a direct extension to a previously proposed QOPS approach, redefines test cases in terms of Pauli strings and introduces a measurement-centric oracle that exploits their commutation properties, enabling effective testing of quantum programs while reducing the need for full program specifications. By systematically exploring the search space through an expectation-value-based fitness function, SB-QOPS improves test budget utilization and increases the likelihood of uncovering subtle faults. We conduct a large-scale empirical evaluation on quantum circuits of up to 29 qubits on real quantum computers and emulators. We assess three search strategies: Genetic Algorithm, Hill Climbing, and the (1+1) Evolutionary Algorithm, and evaluate SB-QOPS under both simulated and real noisy conditions. Experiments span three quantum computing platforms: IBM, IQM, and Quantinuum. Results show that SB-QOPS significantly outperforms QOPS, achieving a fault-detection score of 100% for circuits up to 29 qubits, and demonstrating portability across quantum platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子ソフトウェアテストは、信頼できる量子ソフトウェア工学にとって重要である。 近年の進歩にもかかわらず、既存の量子ソフトウェアテストアプローチは単純なテスト入力と統計的オラクル、高価なプログラム仕様、実際の量子コンピュータでの限定的な検証に依存している。 これらの課題に対処するため,パウリ文字列の交換による探索型量子プログラムテスト手法であるSB-QOPSを提案する。 SB-QOPSは、以前に提案されたQOPSアプローチの直接的な拡張として、パウリ文字列の観点でテストケースを再定義し、それらの可換性を活用する測定中心のオラクルを導入し、完全なプログラム仕様の必要性を低減しつつ、量子プログラムの効果的なテストを可能にした。 SB-QOPSは、期待値に基づくフィットネス機能を通じて、探索空間を体系的に探索することにより、テスト予算の活用を改善し、微妙な欠陥を発見する可能性を高める。 実量子コンピュータとエミュレータで最大29量子ビットの量子回路を大規模に評価する。 遺伝的アルゴリズム,ヒルクライミング,および (1+1) 進化的アルゴリズムの3つの探索戦略を評価し, 実雑音条件下でSB-QOPSを評価する。 実験は、IBM、IQM、Quantinuumの3つ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。 その結果、SB-QOPSはQOPSを大幅に上回り、29量子ビットまでの回路に対して100%の故障検出スコアを達成し、量子プラットフォーム間のポータビリティを実証した。

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