Fugu-MT 論文翻訳(概要): Retromorphic Testing of Quantum Compiler Passes

論文の概要: Retromorphic Testing of Quantum Compiler Passes

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.11195v1
Date: Thu, 08 Oct 2026 03:58:37 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-10-10 02:36:53.789038
Title: Retromorphic Testing of Quantum Compiler Passes
Title（参考訳）: 量子コンパイラパスの再成型試験
Abstract要約: 本稿では,量子コンパイラパスの自動検証のためのテスト手法を提案する。我々は,このメソッドをフレームワークRetroQで実装し,PennyLaneとQiskitのコンパイラパスに適用する。
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 compilers play a critical role in transforming high-level quantum programs into optimized, hardware-compatible circuits. However, verifying the correctness of compiler passes remains challenging, as determining the expected output of large, deeply entangled quantum circuits is computationally intractable. This challenge is further amplified when compiler passes modify already complex circuit structures, making manual validation of transformed circuits impractical. In this work, we perform a systematic analysis of unit tests for quantum compiler passes in four quantum programming frameworks (PennyLane, Qiskit, Cirq, and pytket). Our findings indicate validation is dominated by program-content and program-metric assertions, and test circuits are generally small and shallow. Motivated by these observations, we introduce a testing methodology for automated validation of quantum compiler passes based on retromorphic testing and principles from the Hadamard test. This methodology analyzes a compiler pass, test circuit, and expected pass behavior to verify semantic preservation and intended structural modifications. We implement our methods in a framework, RetroQ, and apply it to compiler passes in PennyLane and Qiskit. Experimental evaluation reproduced several existing bugs as well as uncovered previously undetected defects, such as flawed symbolic parameter handling, incorrect commutation logic, failure to recognize self-adjointness of gates, and runtime crashes. These findings highlight the need for compiler-pass-specific testing methodologies to improve the reliability of the evolving quantum software stack.
Abstract（参考訳）: 量子コンパイラは、ハイレベルな量子プログラムを最適化されたハードウェア互換回路に変換する上で重要な役割を果たす。しかし、大きな、深い絡み合った量子回路の期待出力を決定することは、計算的に難解であるため、コンパイラの正確性を検証することは依然として困難である。この問題は、コンパイラが既に複雑な回路構造を変更するとさらに増幅され、変換された回路を手動で検証することができない。本研究では,4つの量子プログラミングフレームワーク(PennyLane,Qiskit,Cirq,pytket)において,量子コンパイラパスの単体テストの系統的解析を行う。以上の結果から, 検証はプログラム内容とプログラム単位のアサーションが支配的であり, テスト回路は一般に小さく, 浅いことが示唆された。そこで本研究では,アダマール検定から得られた正則性テストと原理に基づいて,量子コンパイラパスの自動検証のための試験手法を提案する。本手法は,コンパイラパス,テスト回路,期待されるパス動作を分析し,セマンティックな保存と意図された構造的変更を検証する。我々は,このメソッドをフレームワークRetroQで実装し,PennyLaneとQiskitのコンパイラパスに適用する。実験的評価では、未検出の欠陥、例えば、欠陥のあるシンボルパラメータハンドリング、不正な計算ロジック、ゲートの自己共役性認識の失敗、実行時のクラッシュなど、いくつかの既存のバグを再現した。これらの知見は、進化する量子ソフトウェアスタックの信頼性を改善するために、コンパイラパス固有のテスト手法の必要性を浮き彫りにしている。

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