[论文解读] Quantum Software Engineering: Roadmap and Challenges Ahead
本论文综述量子软件工程（QSE）领域，概述活跃的研究领域、挑战以及未来十年的可能方向。它阐明了经典软件工程如何为QSE提供借鉴，以及需要新范式的地方。
As quantum computers advance, the complexity of the software they can execute increases as well. To ensure this software is efficient, maintainable, reusable, and cost-effective -key qualities of any industry-grade software-mature software engineering practices must be applied throughout its design, development, and operation. However, the significant differences between classical and quantum software make it challenging to directly apply classical software engineering methods to quantum systems. This challenge has led to the emergence of Quantum Software Engineering as a distinct field within the broader software engineering landscape. In this work, a group of active researchers analyse in depth the current state of quantum software engineering research. From this analysis, the key areas of quantum software engineering are identified and explored in order to determine the most relevant open challenges that should be addressed in the next years. These challenges help identify necessary breakthroughs and future research directions for advancing Quantum Software Engineering.
研究动机与目标
- 通过强调量子硬件演进的重要性来推动将QSE发展为一门学科。
- 总结关键QSE领域的当前研究并识别阻碍行业采用的差距。
- 讨论经典软件工程概念（如 SOC、MDE、测试）在量子场景中的适用性及需要的调整。
- 提出未来的研究方向，以实现可重复、高效、可维护且具成本效益的量子软件。
提出的方法
- 回顾并综合跨多个领域的近期QSE文献（SOC、MDE、测试、编程范式）。
- 凸显活跃研究团队提出的主要挑战及解决方案。
- 将互操作性、平台无关性和培训需求识别为反复出现的主题。
- 讨论建模语言、DSMLs和QIR作为提升量子软件抽象层次的机制。
- 概述开放的研究问题以及可能延续十年的QSE发展路线图。
实验结果
研究问题
- RQ1量子软件工程中最活跃的研究领域有哪些？它们为何对该领域至关重要？
- RQ2为了实现可重复、可维护且具成本效益的量子软件，需要克服哪些挑战？
- RQ3如何将经典软件工程实践（SOC、MDE、测试）调整或扩展以适用于量子场景？
- RQ4在未来十年内需要哪些方向与突破以推动QSE发展？
主要发现
- 自2020年以来，QSE已成为一个独立学科，发表活动日益增加，2023年发表量超过200篇。
- 活跃领域包括面向服务计算、模型驱动工程、测试与调试，以及量子软件的编程范式。
- 重大挑战集中在互操作性、平台独立性、需求/容量管理以及劳动力培训。
- 未来的研究方向强调面向混合量子-经典系统的高级设计方法、可扩展的维护/演化、智能代码生成与编排，以及改进的测试技术。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。