論文の概要: Quantum Software Architecture Framework (QSAF): A Component-Based Framework for Designing Hybrid Quantum-Classical Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.01800v1
- Date: Sun, 03 May 2026 09:46:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-05 20:33:49.945786
- Title: Quantum Software Architecture Framework (QSAF): A Component-Based Framework for Designing Hybrid Quantum-Classical Systems
- Title（参考訳）: 量子ソフトウェアアーキテクチャフレームワーク(QSAF):ハイブリッド量子古典システムの設計のためのコンポーネントベースのフレームワーク
- Authors: Arvind W. Kiwelekar, Shweta Tembe, Uzma G. A. Munde, Siddhesh Jadhav, Manjushree D. Laddha, Harsha R. Gaikwad,
- Abstract要約: 本研究では、ハイブリッド量子古典ソフトウェアシステムのためのコンポーネントベースの量子ソフトウェアアーキテクチャフレームワーク(QSAF)を紹介する。
我々は、7つの機能カテゴリにまたがる34個の再利用可能な量子回路プリミティブを特定し、それらを明示的なインターフェースと設計関連制約を持つアーキテクチャコンポーネントとして再解釈した。
- 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: Quantum software development has largely focused on algorithms, with limited attention to software architecture. As computing moves toward hybrid quantum-classical systems, this gap limits scalability, reusability, and engineering rigor. This study introduces a component-based quantum software architecture framework (QSAF) for hybrid quantum-classical software systems, enabling developers to transition from circuit-level design to system-level reasoning. We identified 34 reusable quantum circuit primitives across seven functional categories and reinterpreted them as architectural components with explicit interfaces and design-relevant constraints. These components are further characterized using non-functional dimensions such as circuit depth, error sensitivity, and information flow, enabling a structured analysis of design trade-offs. The proposed QSAF framework establishes a multi-level abstraction hierarchy linking quantum gates, circuit primitives, algorithmic structures, and hybrid system architectures. Through this approach, common workflows, particularly hybrid quantum-classical workflows such as variational quantum algorithms, can be systematically decomposed, compared, and optimized. By making the architectural structure and trade-offs explicit, this study provides a foundation for quantum software engineering, supporting modular design, reuse, and informed architectural decision-making in quantum application development.
- Abstract（参考訳）: 量子ソフトウェア開発は主にアルゴリズムに重点を置いており、ソフトウェアアーキテクチャに限定している。
コンピューティングがハイブリッド量子古典システムへと進むにつれ、このギャップはスケーラビリティ、再利用可能性、エンジニアリングの厳密さを制限している。
本研究では、ハイブリッド量子古典ソフトウェアシステムのためのコンポーネントベースの量子ソフトウェアアーキテクチャフレームワーク(QSAF)を導入し、開発者が回路レベルの設計からシステムレベルの推論へ移行できるようにする。
我々は、7つの機能カテゴリにまたがる34個の再利用可能な量子回路プリミティブを特定し、それらを明示的なインターフェースと設計関連制約を持つアーキテクチャコンポーネントとして再解釈した。
これらのコンポーネントは、回路深さ、誤差感度、情報フローなどの非機能次元を用いて、設計トレードオフの構造化解析を可能にする。
提案したQSAFフレームワークは、量子ゲート、回路プリミティブ、アルゴリズム構造、ハイブリッドシステムアーキテクチャをリンクする多層抽象階層を確立する。
このアプローチを通じて、一般的なワークフロー、特に変分量子アルゴリズムのようなハイブリッド量子古典ワークフローは、体系的に分解、比較、最適化される。
この研究は、アーキテクチャ構造とトレードオフを明確にすることで、量子ソフトウェア工学の基礎を提供し、モジュール設計、再利用、量子アプリケーション開発におけるアーキテクチャ決定の情報を提供する。
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