論文の概要: Randomized and Diverse Input State Generation for Quantum Program Testing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.03957v1
• Date: Tue, 05 May 2026 16:40:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-06 19:35:44.043334
• Title: Randomized and Diverse Input State Generation for Quantum Program Testing
• Title（参考訳）: 量子プログラムテストのためのランダム化および多値入力状態生成
• Authors: Maryse Ernzer, Seung Yeob Shin, Fabrizio Pastore, Domenico Bianculli,
• Abstract要約: 我々は、量子状態空間のカバレッジに関して、テスト回路ジェネレータを評価するためのフレームワークを開発する。 我々の貢献は3つある:我々は、州空間が探索される範囲の局所的指標とグローバルな指標の両方をキャプチャーする一連の多様性スコアを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.256712731346424
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: With the accelerating development of quantum technologies and their growing computational potential, quantum systems are being adapted for simulations and other critical tasks across diverse domains, making the reliability of the corresponding quantum software an essential concern. Although recent efforts have started to incorporate quantum-specific properties such as magnitude, phase, and entanglement under the form of input-coverage criteria into software testing, the unique structure of the quantum state space demands for more comprehensive testing. In particular, the notion of complete state-space exploration has so far received little attention. To address this gap, we propose a framework for evaluating test circuit generators with respect to their coverage of the quantum state space. Our contribution is threefold: we develop a set of diversity scores that capture both local and global indicators of the extent to which the state space is explored; we propose a test circuit generator that produces test input states via a Brick-Circuit (BC) construction designed to approximate ideal random states using hardware-compatible gates; we compare the proposed construction with existing generators based on their ability to generate uniformly distributed random test input states. Our extended diversity scores quantify the local correlations and global spread of magnitude, phase and entanglement. Using these scores, we evaluate the expressibility, defined as the capability to span the quantum state space uniformly, and entangling capabilities of existing generators relative to the BC generator. Our results show that the hardware-compatible BC generator achieves higher expressibility and entanglement performance at shallower depths than existing circuit generators.
• Abstract（参考訳）: 量子技術の急速な発展とその計算能力の増大により、量子システムは様々な領域にわたるシミュレーションやその他の重要なタスクに適応し、対応する量子ソフトウェアの信頼性が重要な関心事となっている。 近年の取り組みでは、数値、位相、絡み合いといった量子特有の特性を、入力被覆基準の形でソフトウェアテストに組み込むことが試みられているが、量子状態空間のユニークな構造はより包括的なテストを必要としている。 特に、完全な状態空間探索という概念は、今のところほとんど注目されていない。 このギャップに対処するため、我々は、量子状態空間のカバレッジに関して、テスト回路ジェネレータを評価するためのフレームワークを提案する。 そこで本研究では, ハードウェア対応ゲートを用いた最適ランダム状態の近似を目的としたBrick-Circuit (BC) 構造を用いて, テスト入力状態を生成するテスト回路生成器を提案する。 我々の拡張多様性スコアは、大きさ、位相、絡み合いの局所的相関と大域的な広がりを定量化する。 これらのスコアを用いて、量子状態空間を均一に分散する能力として定義された表現可能性と、BCジェネレータに対する既存のジェネレータのアンタングリング能力を評価する。 ハードウェア互換のBCジェネレータは,既存の回路ジェネレータよりも浅い深さで高い表現性および絡み合い性能を実現する。

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