論文の概要: Symmetry-Oriented Testing Framework for Variational Quantum Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.29053v1
• Date: Wed, 21 Oct 2026 01:32:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-23 00:40:06.175025
• Title: Symmetry-Oriented Testing Framework for Variational Quantum Algorithms
• Title（参考訳）: 変分量子アルゴリズムのための対称性指向テストフレームワーク
• Abstract要約: 量子ソフトウェアのテストは、量子状態を直接検査できないため、難しい。 変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期雑音量子ハードウェアにおいて最も有望なアプローチの一つであるため、特に重要なターゲットである。 本稿では,対象ハミルトニアンと通信する演算子をテスト仕様として用いて,このギャップに対処するVQAsの対称性指向テストフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3828380773939637
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Testing quantum software is challenging because quantum states cannot be directly inspected. Variational quantum algorithms (VQAs) are a particularly important target as they are among the most promising approaches for near-term noisy quantum hardware. Many testing methods rely on classically computed results, which conflicts with the regime where quantum advantage is expected. Although prior studies mitigate this oracle problem, the core difficulty remains that existing approaches do not verify whether the execution deviates from the intended problem or whether the obtained solution is physically plausible. We propose a symmetry-oriented testing framework for VQAs that addresses this gap by using operators commuting with the target Hamiltonian as test specifications. The framework provides two complementary diagnostics: a commutator-based health check that monitors whether each execution step during optimization remains consistent with the symmetry of the target Hamiltonian, and a variance-based acceptance check that assesses the converged solution by examining whether the state is an eigenstate of the symmetry operators. Both diagnostics derive from the problem structure and do not require the exact solution. We evaluate the framework on representative user- and system-side faults, across multiple target systems, and under injected noise. Results show that the two diagnostics detect faulty behavior, provide informative signals of solution quality, and remain useful under noisy execution.
• Abstract（参考訳）: 量子ソフトウェアのテストは、量子状態を直接検査できないため、難しい。 変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期雑音量子ハードウェアにおいて最も有望なアプローチの一つであるため、特に重要なターゲットである。 多くの試験手法は古典的に計算された結果に依存しており、量子優位性が期待される状態と矛盾する。 先行研究は、このオラクル問題を緩和するが、既存のアプローチでは、実行が意図した問題から逸脱するか、得られた解が物理的に妥当かどうかを検証できない。 本稿では,対象ハミルトニアンと通信する演算子をテスト仕様として用いて,このギャップに対処するVQAの対称性指向テストフレームワークを提案する。 このフレームワークは、最適化中の各実行ステップが対象ハミルトニアンの対称性と一致しているかどうかを監視する通勤者ベースのヘルスチェックと、状態が対称性演算子の固有状態かどうかを調べて収束した解を評価する分散ベースの受け入れチェックの2つの相補的な診断を提供する。 どちらの診断も問題構造から派生しており、正確な解を必要としない。 提案手法は,複数のターゲットシステムにまたがる代表的ユーザ・システム側障害,およびインジェクトノイズ下でのフレームワークの評価である。 その結果, 2つの診断装置は, 異常な動作を検出し, 解の質を知らせる信号を提供し, うるさい実行下でも有用であることが示唆された。

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