[論文レビュー] The Quantum Frontier of Software Engineering: A Systematic Mapping Study

Manuel De Stefano, Fabiano Pecorelli+3 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2023

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用数 4

ひとこと要約

本系統的マッピング研究では、2016年から2023年までの158件の研究を分析し、量子ソフトウェア工学（QSE）の現状を調査し、研究動向、ツール、共同研究のパターンをマッピングする。QSE研究は主にソフトウェアテストに偏っており、主にQiskitを用いて実施されており、管理的側面への注目は限定的で、研究者間の強い共同研究クラスタが存在することが明らかになった。主にテーマ特化型でない国際会議で発表されている。

ABSTRACT

Context. Quantum computing is becoming a reality, and quantum software engineering (QSE) is emerging as a new discipline to enable developers to design and develop quantum programs. Objective. This paper presents a systematic mapping study of the current state of QSE research, aiming to identify the most investigated topics, the types and number of studies, the main reported results, and the most studied quantum computing tools/frameworks. Additionally, the study aims to explore the research community's interest in QSE, how it has evolved, and any prior contributions to the discipline before its formal introduction through the Talavera Manifesto. Method. We searched for relevant articles in several databases and applied inclusion and exclusion criteria to select the most relevant studies. After evaluating the quality of the selected resources, we extracted relevant data from the primary studies and analyzed them. Results. We found that QSE research has primarily focused on software testing, with little attention given to other topics, such as software engineering management. The most commonly studied technology for techniques and tools is Qiskit, although, in most studies, either multiple or none specific technologies were employed. The researchers most interested in QSE are interconnected through direct collaborations, and several strong collaboration clusters have been identified. Most articles in QSE have been published in non-thematic venues, with a preference for conferences. Conclusions. The study's implications are providing a centralized source of information for researchers and practitioners in the field, facilitating knowledge transfer, and contributing to the advancement and growth of QSE.

研究の動機と目的

• 量子ソフトウェア工学（QSE）研究の現状をマッピングし、支配的である研究分野、ツール、動向を特定すること。
• QSE研究の進化と研究コミュニティの共同研究パターンを分析すること。
• Talaveraマニフェストの公式発表に先立つQSEへの先行貢献の役割を評価すること。
• QSE研究の出版会議・学術誌とその質を評価すること。特に、実証的およびツール指向の研究に焦点を当てる。

提案手法

• 量子コンピューティングおよびソフトウェア工学に関連する事前に定義されたキーワードを用いて、複数のデータベースで系統的な文献検索を実施した。
• 関連する研究を絞り込むために、含む・除外する基準を適用し、分析対象として158件の一次研究を特定した。
• 事前に定義された基準を用いて研究の質を評価し、抽出されたデータの信頼性を確保した。
• 研究分野、使用されたツール／フレームワーク（例：Qiskit、Cirq）、出版会議、共同研究ネットワーク、研究の焦点に関するデータを抽出した。
• テーマ分析を実施し、研究分野ごとに研究を分類し、支配的な動向を特定した。
• 共同研究ネットワークをマッピングし、QSEにおける主要な研究クラスターや影響力のある研究者を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2016年から2023年の間、量子ソフトウェア工学研究で最も調査された分野は何か？
• RQ2 QSE研究で最も頻繁に使用されている量子コンピューティングツールおよびフレームワークは何か？
• RQ3 QSE研究コミュニティは、共同研究および出版パターンの観点から、どのように進化してきたか？
• RQ4 Talaveraマニフェストによる分野の公式導入に先立つQSEへの先行貢献の役割は何か？
• RQ5 QSE研究は主にどのような出版会議で発表されており、これは分野の学術的定位をどのように反映しているか？

主な発見

• QSE研究で最も調査された分野はソフトウェアテストであり、大多数の研究が量子プログラムの検証、検査、デバッグに焦点を当てている。
• QiskitはQSE研究で最も一般的に使用されるフレームワークであるが、多くの研究が複数の技術や特定の技術を一切使用しないケースも存在する。
• QSE研究コミュニティは強い共同研究クラスタを特徴づけ、研究者が頻繁に共同研究を行い、相互に接続された研究グループを形成している。
• QSE研究の大多数は、専門的なジャーナルではなく、テーマ特化型でない国際会議で発表されており、まだ始まったばかりだが成長著しい分野であることが示唆される。
• 量子ソフトウェア工学の管理およびプロセス関連のトピックに関する研究は、実装やテストに比べて未だにほとんど検討されていない。
• Talaveraマニフェストの発表に先立ってQSEへの貢献は既に存在しており、分野が急激に形式化されたのではなく、段階的・漸進的な発展をたどったと考えられる。