[論文レビュー] Quantum Software Engineering: Landscapes and Horizons

Jianjun Zhao|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2020

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 238被引用数 118

ひとこと要約

この論文は量子ソフトウェア工学を定義し、開発のための量子ソフトウェアライフサイクルモデルを導入する。

ABSTRACT

Quantum software plays a critical role in exploiting the full potential of quantum computing systems. As a result, it has been drawing increasing attention recently. This paper defines the term "quantum software engineering" and introduces a quantum software life cycle. The paper also gives a generic view of quantum software engineering and discusses the quantum software engineering processes, methods, and tools. Based on these, the paper provides a comprehensive survey of the current state of the art in the field and presents the challenges and opportunities we face. The survey summarizes the technology available in the various phases of the quantum software life cycle, including quantum software requirements analysis, design, implementation, test, and maintenance. It also covers the crucial issues of quantum software reuse and measurement.

研究の動機と目的

• 「量子ソフトウェア工学」という用語を定義し、開発のための量子ソフトウェアライフサイクルモデルを導入する。
• 「要求、設計、実装、テスト、保守」という全ライフサイクル段階にわたる量子ソフトウェア工学の包括的な調査を提供する。
• 「量子ソフトウェアの再利用と測定について検討し、分野の課題と機会を特定する。」
• 「量子プログラミングがより広いソフトウェア工学の文脈の中で進化するにつれて、量子固有の工学的アプローチの必要性を説明する。」

提案手法

• 要求、設計、実装、テスト、保守の五つの側面を軸とした文献調査。
• ライフサイクルの議論の一部として、Qiskit、Q#、Scaffold、Quipper などの既存の量子プログラミング言語と環境の統合。
• ソフトウェア工学の実践を土台にするため、量子プログラミングの概念、意味論、言語の進化の説明。
• ツール、プロセス、実践に留意しつつ、一般的な量子ソフトウェアライフサイクルとその各段階についての討議。
• 量子ソフトウェア工学における課題と将来の研究方向を含む展望の特定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子ソフトウェア工学に適切な定義とライフサイクルとは何か？
• RQ2 量子ソフトウェアライフサイクル全体における最新技術、ツール、プロセスは何か？
• RQ3 量子ソフトウェア工学を一分野として成熟させる上での課題と機会は何か？
• RQ4 量子再利用と測定は量子ソフトウェアシステムの設計にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 本論文は量子ソフトウェア工学を定義し、開発を指針づける量子ソフトウェアライフサイクルを提案している。
• 要求分析、設計、実装、テスト、保守、再利用、測定にわたる量子ソフトウェアの包括的な調査を提供する。
• 量子ソフトウェア開発で使用される既存の技術、ツール、言語エコシステムを文書化し、既存の古典的ソフトウェア工学実践との統合を強調している。
• 多様なアプリケーション領域でよく設計された量子ソフトウェアシステムを支えるためのガイドラインと方法論の必要性を論じている。
• 古典的なソフトウェア工学と量子固有の問題を結びつけることを目指し、量子ソフトウェア工学の将来の研究を形作る課題と機会を特定している。