論文の概要: QuSema: Detecting Silent Bugs in Quantum Libraries via Quantum-knowledge-enhanced Agents

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.10258v1
• Date: Wed, 07 Oct 2026 15:33:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 21:58:22.99591
• Title: QuSema: Detecting Silent Bugs in Quantum Libraries via Quantum-knowledge-enhanced Agents
• Title（参考訳）: QuSema:Quantum-knowledge-enhanced Agentsによる量子ライブラリの無音バグ検出
• Abstract要約: QuSemaは、量子ライブラリでサイレントバグを見つけるための自動テストエージェントである。 エージェントループを通じて動作し、ライブラリAPIドキュメンテーションとソースコードを繰り返し検査する。 20の歴史的なサイレントバグのベンチマークでは、QuSemaはClaude CodeやCodexよりも平均的なバグリロケーション数を達成している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.061347961872894
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum libraries are now critical infrastructure for quantum algorithm development, yet their correctness remains difficult to test. Existing testing techniques mainly rely on failure-based or comparison-based oracles, exposing bugs only when executions fail, violate runtime checks, or disagree with another implementation. Their applicability is limited when suitable execution-based oracles are unavailable, leaving some silent bugs undetected. Such missed bugs can produce incorrect results that propagate into experimental conclusions, simulation studies, and algorithmic designs. Here we present QuSema, an autonomous testing agent for finding silent bugs in quantum libraries. QuSema uses constraints from quantum semantics and documentation as a source-level semantic oracle to assess whether implementation logic can produce invalid outputs from valid inputs. It operates through an agentic loop that repeatedly inspects library API documentation and source code, reasons about the intended behavior of quantum operations, identifies potential semantic deviations, and validates them by generating executable tests through library APIs. Guided by quantum-domain reasoning, QuSema turns high-level behavioral mismatches into concrete, user-triggerable bug reports, enabling it to uncover non-crash defects. We implement QuSema for Qiskit and PennyLane. On a benchmark of 20 historical silent bugs, QuSema achieves higher mean bug relocation counts than Claude Code and Codex, with the DeepSeek configuration costing less than Claude Code. QuSema also discovers 40 previously unknown bugs confirmed by the developers, including 30 silent bugs.
• Abstract（参考訳）: 量子ライブラリは現在、量子アルゴリズム開発において重要な基盤となっているが、その正しさはテストが難しいままである。 既存のテストテクニックは、主に障害ベースのあるいは比較ベースのオラクルに依存しており、実行が失敗したり、ランタイムチェックに違反したり、あるいは他の実装に反する場合にのみバグを露呈する。 それらの適用性は、適切な実行ベースのオラクルが利用できない場合に制限され、静かなバグが検出されないままである。 このような欠落したバグは、実験結果、シミュレーション研究、アルゴリズム設計に伝播する誤った結果をもたらす可能性がある。 ここでは、量子ライブラリでサイレントバグを見つけるための自律テストエージェントQuSemaを紹介する。 QuSemaは、実装ロジックが有効な入力から不正な出力を生成できるかどうかを評価するために、量子セマンティクスとドキュメントの制約をソースレベルのセマンティクスのオラクルとして使用する。 エージェントループを通じて動作し、ライブラリAPIのドキュメンテーションとソースコードを繰り返し検査し、量子演算の意図された振る舞いに関する理由を特定し、潜在的なセマンティックな逸脱を特定し、ライブラリAPIを通じて実行可能なテストを生成することによって検証する。 量子ドメイン推論によって導かれたQuSemaは、ハイレベルな行動ミスマッチを具体的なユーザトリガー可能なバグレポートに変換し、非クラッシュな欠陥を明らかにする。 Qiskit と PennyLane 用の QuSema を実装している。 20の歴史的なサイレントバグのベンチマークでは、QuSemaはClaude CodeやCodexよりも平均的なバグリロケーション数が高く、DeepSeekの構成はClaude Codeよりも安い。 QuSemaはまた、開発者が確認した40の既知のバグも発見している。

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