Design by Contract Framework for Quantum Software

要約

【タイトル】
量子ソフトウェアのための契約設計フレームワーク

【要約】
– 信頼性の高い量子ソフトウェアを実現するために、正しさを自動的に保証する技術が研究されている。
– しかし、これらは主に固定された量子回路に焦点が置かれ、量子回路を構築する手順については保証されていない。
– 同じ手順に従って異なるパラメータで回路を構築した場合の正しさが保証されていない。
– このため、我々は量子ソフトウェアのための契約設計フレームワークを提案している。
– このフレームワークは、特定の手順で構築されたすべての量子回路の入力と出力状態にアサーションを記述するためのPython埋め込み言語を提供する。
– さらに、最終結果を得るための手順の正しさを保証するために、測定結果の統計処理に関するアサーションの記述方法も提供する。
– これらのアサーションは、量子コンピュータシミュレータを使用して自動的にチェックされる。
– 評価のために、我々はフレームワークを実装し、いくつかの広く使用されている量子アルゴリズムのアサーションを記述した。
– 結果的に、このフレームワークが量子ソフトウェアの手順全体の検証に十分な表現力を持っていることがわかった。

要約(オリジナル)

To realize reliable quantum software, techniques to automatically ensure the quantum software’s correctness have recently been investigated. However, they primarily focus on fixed quantum circuits rather than the procedure of building quantum circuits. Despite being a common approach, the correctness of building circuits using different parameters following the same procedure is not guaranteed. To this end, we propose a design-by-contract framework for quantum software. Our framework provides a python-embedded language to write assertions on the input and output states of all quantum circuits built by certain procedures. Additionally, it provides a method to write assertions about the statistical processing of measurement results to ensure the procedure’s correctness for obtaining the final result. These assertions are automatically checked using a quantum computer simulator. For evaluation, we implemented our framework and wrote assertions for some widely used quantum algorithms. Consequently, we found that our framework has sufficient expressive power to verify the whole procedure of quantum software.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, OpenAI