[论文解读] 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 118

一句话总结

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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.

研究动机与目标

• 界定“quantum software engineering”的术语，并引入用于开发的量子软件生命周期模型。
• 对量子软件工程在整个生命周期阶段（需求、设计、实现、测试、维护）进行全面综述。
• 讨论量子软件的重用与度量，并识别该领域的挑战与机遇。
• 解释随着量子编程在更广泛的软件工程背景中演进，量子专用工程方法的需求。

提出的方法

• 围绕需求、设计、实现、测试、维护五个方面的文献综述。
• 作为生命周期讨论的一部分，整合现有的量子编程语言和环境（例如 Qiskit、Q#、Scaffold、Quipper）。
• 对量子编程概念、语义和语言演变的描述，以支撑软件工程实践。
• 讨论一个通用的量子软件生命周期及其阶段，关注工具、过程和实践。
• 识别前景，包括挑战和未来研究方向在量子软件工程中的应用。

实验结果

研究问题

• RQ1 对量子软件工程而言，合适的定义和生命周期应为何？
• RQ2 在量子软件生命周期中，当前的最先进技术、工具和流程是什么？
• RQ3 作为一个学科，成熟量子软件工程面临哪些挑战与机遇？
• RQ4 量子重用与度量如何影响量子软件系统的工程？

主要发现

• 本文定义了量子软件工程并提出了用于指导开发的量子软件生命周期。
• 它对量子软件在需求分析、设计、实现、测试、维护、重用与度量等方面进行了全面综述。
• 它记录了用于量子软件开发的可用技术、工具和语言生态系统，强调与现有经典软件工程实践的整合。
• 它讨论了在不同应用领域中支持高质量量子软件系统所需的指南和方法。
• 它识别出塑造未来量子软件工程研究的挑战与机遇，旨在将经典软件工程与量子特定问题相衔接。