論文の概要: QDiff: Differential Testing of Quantum Software Stacks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.08220v1
• Date: Thu, 05 Nov 2026 16:08:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-07 04:55:13.570531
• Title: QDiff: Differential Testing of Quantum Software Stacks
• Title（参考訳）: QDiff: 量子ソフトウェアスタックの差分テスト
• Abstract要約: いくつかの量子ソフトウェアスタック (QSS) は、量子コンピューティングのハードウェアの急速な進歩に対応して開発された。 QSSは、結果の確率的性質、明確なハードウェア仕様の欠如、量子プログラミングの複雑さのために、テストが難しい。 この研究は、3つの大きな革新と共にQDIFFと名付けられた、QSSの新たな差分テストアプローチを考案した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.4992603423832795
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Over the past few years, several quantum software stacks (QSS) have been developed in response to rapid hardware advances in quantum computing. A QSS includes a quantum programming language, an optimizing compiler that translates a quantum algorithm written in a high-level language into quantum gate instructions, a quantum simulator that emulates these instructions on a classical device, and a software controller that sends analog signals to a very expensive quantum hardware based on quantum circuits. In comparison to traditional compilers and architecture simulators, QSSes are difficult to tests due to the probabilistic nature of results, the lack of clear hardware specifications, and quantum programming complexity. This work devises a novel differential testing approach for QSSes, named QDIFF with three major innovations: (1) We generate input programs to be tested via semantics-preserving, source to source transformation to explore program variants. (2) We speed up differential testing by filtering out quantum circuits that are not worthwhile to execute on quantum hardware by analyzing static characteristics such as a circuit depth, 2 qubit gate operations, gate error rates, and T1 relaxation time. (3) We design an extensible equivalence checking mechanism via distribution comparison functions such as Kolmogorov Smirnov test and cross entropy
• Abstract（参考訳）: ここ数年、量子コンピューティングの急速なハードウェア進歩に対応するために、いくつかの量子ソフトウェアスタック(QSS)が開発されてきた。 QSSは、量子プログラミング言語、高レベル言語で記述された量子アルゴリズムを量子ゲート命令に変換する最適化コンパイラ、古典的なデバイス上でこれらの命令をエミュレートする量子シミュレータ、および量子回路に基づく非常に高価な量子ハードウェアにアナログ信号を送信するソフトウェアコントローラを含む。 従来のコンパイラやアーキテクチャシミュレータと比較して、QSSは結果の確率的な性質、明確なハードウェア仕様の欠如、量子プログラミングの複雑さのためにテストが難しい。 本研究は,QSSの新たな差分テスト手法を考案し,QDIFFと命名された3つの大きなイノベーションを生かした。(1) セマンティクス保存による入力プログラムの生成,ソース変換によるプログラム変種探索。 2) 回路深さ, 2キュービットゲート演算, ゲートエラー率, T1緩和時間などの静的特性を解析することにより, 量子ハードウェア上で実行する価値のない量子回路をフィルタリングすることで, 差分試験を高速化する。 (3) コルモゴロフ・スミルノフテストやクロスエントロピーのような分布比較関数による拡張性等価性検査機構を設計する。

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