[논문 리뷰] Quantum Software Engineering: Landscapes and Horizons

Jianjun Zhao|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 14.

Quantum Computing Algorithms and Architecture참고 문헌 238인용 수 118

한 줄 요약

이 논문은 양자 소프트웨어 엔지니어링을 정의하고, 양자 소프트웨어 수명 주기 모델을 제시하며, 요구사항, 디자인, 구현, 테스트, 유지보수, 재사용, 및 측정 전반에 걸친 최신 기술을 조사하고, 도전과 기회들을 개괄한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 용어 'quantum software engineering'를 정의하고 개발을 위한 양자 소프트웨어 수명 주기 모델을 도입한다.
• 요구사항, 설계, 구현, 테스트, 유지보수 등 모든 수명 주기 단계에 걸친 양자 소프트웨어 엔지니어링에 대한 포괄적 조사를 제공한다.
• 양자 소프트웨어 재사용과 측정에 대해 논의하고 이 분야의 도전과 기회들을 식별한다.
• 양자 프로그래밍이 더 넓은 소프트웨어 엔지니어링 맥락에서 진화함에 따라 양자 특유의 엔지니어링 접근 방식의 필요성을 설명한다.

제안 방법

• 요구사항, 설계, 구현, 테스트, 유지보수의 다섯 가지 측면을 중심으로 구성된 문헌 조사.
• 생명 주기 논의의 일부로 기존 양자 프로그래밍 언어와 환경(Qiskit, Q#, Scaffold, Quipper 등)의 통합.
• 소프트웨어 엔지니어링 관행을 확립하기 위한 양자 프로그래밍 개념, 의미론, 언어 진화를 기술한다.
• 툴링, 프로세스 및 관행에 주의를 기울이면서 일반적인 양자 소프트웨어 수명 주기와 그 단계에 대해 논의한다.
• 양자 소프트웨어 엔지니어링의 도전과 미래 연구 방향을 포함한 지평선을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 소프트웨어 엔지니어링에 적합한 정의와 수명 주기가 구성되는가?
• RQ2 양자 소프트웨어 수명 주기 전반에 걸친 최신 기술, 도구 및 프로세스는 무엇인가?
• RQ3 양자 소프트웨어 엔지니어링이 하나의 학문으로 성장하는 데 어떤 도전과 기회가 존재하는가?
• RQ4 양자 재사용과 측정이 양자 소프트웨어 시스템의 엔지니어링에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 논문은 quantum software engineering을 정의하고 개발을 안내하기 위한 양자 소프트웨어 수명 주기를 제안한다.
• 요구사항 분석, 설계, 구현, 테스트, 유지보수, 재사용, 및 측정에 걸친 양자 소프트웨어에 대한 포괄적 조사를 제공한다.
• 양자 소프트웨어 개발에 사용되는 이용 가능한 기술, 도구 및 언어 생태계를 문서화하고 기존의 고전적 소프트웨어 엔지니어링 관행과의 통합을 강조한다.
• 다양한 응용 분야 전반에 걸쳐 잘 설계된 양자 소프트웨어 시스템을 지원하기 위한 지침과 방법론의 필요성을 논의한다.
• 양자 소프트웨어 엔지니어링의 향후 연구를 형성하는 도전과 기회를 식별하고 고전적 소프트웨어 엔지니어링과 양자 특화 문제를 연결하는 것을 목표로 한다.