[논문 리뷰] The Quantum Frontier of Software Engineering: A Systematic Mapping Study

Manuel De Stefano, Fabiano Pecorelli외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 31.

Quantum Computing Algorithms and Architecture인용 수 4

한 줄 요약

이 체계적 맵핑 연구는 2016년부터 2023년까지 158篇의 연구를 분석하여 양자 소프트웨어 공학(QSE)의 현재 상태를 조사한다. 연구 주제, 도구, 협업 패턴의 추세를 맵핑한다. QSE 연구는 주로 소프트웨어 테스팅에 집중되어 있으며, 주로 Qiskit를 사용하고 있으며, 관리 측면에 대한 관심은 제한적이며, 연구자들 사이에 강한 협업 클러스터가 존재한다. 주로 전문 분야에 특화되지 않은 컫퍼런스에서 발표되고 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 양자 소프트웨어 공학(QSE) 연구의 현재 상태를 맵핑하고 주요 연구 주제, 도구, 추세를 특정하기.
• QSE 연구의 발전 과정과 연구 공동체의 협업 패턴을 분석하기.
• Talavera 선언서 이후 QSE 분야가 공식적으로 등장하기 이전의 이전 기여의 역할을 평가하기.
• QSE 연구의 출판 장소와 질적 수준을 평가하며, 특히 실험적 및 도구 중심 연구에 초점을 맞추기.

제안 방법

• 양자 컴퓨팅과 소프트웨어 공학과 관련된 정의된 키워드를 사용해 다수의 데이터베이스에서 체계적 문헌 검색을 수행하였다.
• 포괄 및 배제 기준을 적용하여 관련 연구를 필터링하였으며, 분석을 위해 총 158편의 주요 연구를 확보하였다.
• 추출된 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해 사전 정의된 기준에 따라 연구 품질을 평가하였다.
• 연구 주제, 사용된 도구/프레임워크(예: Qiskit, Cirq), 출판 장소, 협업 네트워크, 연구 초점 등의 데이터를 추출하였다.
• 주제 분석을 수행하여 연구 분야별로 연구를 분류하고 주요 추세를 파악하였다.
• 협업 네트워크를 맵핑하여 QSE에서 핵심 연구 클러스터와 영향력 있는 연구자를 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2016년부터 2023년까지 양자 소프트웨어 공학 연구에서 가장 다루어진 주제는 무엇인가?
• RQ2 QSE 연구에서 가장 자주 사용되는 양자 컴퓨팅 도구 및 프레임워크는 무엇인가?
• RQ3 QSE 연구 공동체는 협업 및 출판 패턴 측면에서 어떻게 발전해 왔는가?
• RQ4 Talavera 선언서를 통해 QSE 분야가 공식적으로 도입되기 이전의 이전 기여의 역할은 무엇인가?
• RQ5 QSE 연구는 주로 어떤 종류의 장소에 출판되며, 이는 분야의 학술적 위치를 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• 소프트웨어 테스팅이 QSE 연구에서 가장 다루어진 주제이며, 대부분의 연구가 양자 프로그램의 검증, 검증, 디버깅에 집중하고 있다.
• Qiskit은 QSE 연구에서 가장 흔히 사용되는 프레임워크이지만, 많은 연구에서 여러 가지 또는 특정 기술을 사용하지 않는 경우도 있다.
• QSE 연구 공동체는 강력한 협업 클러스터를 특징으로 하며, 연구자들이 자주 공동 저자로 참여하고 상호 연결된 연구 그룹을 형성하고 있다.
• 대부분의 QSE 연구는 전문 분야에 특화된 저널이 아닌 비전문적 컨ferenced에서 출판되어 있어, 아직 초기 단계이지만 성장 중인 분야임을 시사한다.
• 양자 소프트웨어 공학의 관리 및 프로세스 관련 주제에 대한 연구는 여전히 미흡하며, 구현 및 테스팅에 비해 관심이 제한적이다.
• Talavera 선언서 이전에도 QSE에 대한 이전 기여가 존재하여, 이 분야가 갑작스럽게 정의되기보다는 점진적으로 등장한 것으로 보인다.