Tilbake til søkeresultatene

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon

Enabling Future Dependable Ubiquitous Services and Data with Novel Testing Methods for Quantum Programs

Alternativ tittel: Aktivering av fremtidige pålitelige allestedsnærværende tjenester og data med nye testmetoder for kvanteprogrammer

Tildelt: kr 14,4 mill.

Quantum Computing (QC) har potensial til å løse komplekse problemer i ulike domener som kan føre til gjennomslag innen vitenskap og teknologi. I dag inngår kvantumapplikasjoner i algoritmer som adresserer optimaliseringsproblemer som radioterapioptimalisering, maskinlæringsteknikker (f.eks. for å detektere objekter fra bilder), samt modellering og simulering (f.eks. for å håndtere usikkerheter når man forutsier fremtiden). Utviklingen av QC er også drevet av det presserende behovet for å løse stadig større og komplekse problemer nåværende (super-)datamaskiner ikke klarer å løse. QC har mulighet til å håndtere slik kompleksitet med sin revolusjonerende beregningskraft. Testing av slike applikasjoner er imidlertid en stor utfordring på grunn av deres radikalt forskjellige egenskaper fra sine klassiske kolleger, inkludert superposition, entanglement og probalistisk karakter av quibts. Den overordnende ambisjonen til Qu-Test er å utvikle nye metoder for automatisert og systematisk testing av kvanteprogrammer. Basert på et grundig teoretisk fundament er målet å støtte fremtidig allestedsnærværende tjenester og data relatert til QC-applikasjoner for å sikre deres pålitelighet. I tillegg, for å tillate testing av komplekse kvanteprogrammer med minimal mengde QC-ressurser, vil vi også utvikle nye kvantitetsoptimaliseringsalgortimer. Kostnadseffektivitet til våre metoder vil bli demonstrert ved å teste kvanteprogrammer skrevet i kvanteprogrammeringsspråk på høyt nivå (for eksempel Q#). Vi har utviklet flere testteknikker på dette prosjektstadiet, inkludert input og output dekningskriterier, kombinatorisk testing og søkebasert testing. Vi har utviklet et mutasjonsanalyseverktøy for kvanteprogrammer for å etablere benchmarks for å vurdere kvaliteten på testteknikker. Til slutt har vi noen innledende resultater for å redusere maskinvarestøy fra testresultater slik at disse resultatene kan stole på.

Quantum computing (QC) promises to revolutionize the present form of computing, by solving unimaginably large and highly complex problems that traditional computers would never crack. The potential for QC to solve highly complex problems is also reflected by the rising number of QC platforms (e.g., Microsoft Quantum computing, IBM Quantum Experience) and their supported programming languages (e.g., Q#, QisKit supports Python, Javascript, etc). The rise of QC platforms, software development kits, and programming languages is an essential step towards Ubiquitous Quantum Computing. However, there is an urgent need for testing quantum programs, which has shown to be challenging due to inherent differences of QC with its classical counterpart, including its probabilistic nature and un-observability of the execution. Thus far, there are no systematic methods, tools, and frameworks for the proper testing of QC programs written in quantum high-level programming languages (e.g., Q#). The ambition of the Qu-Test is to develop radically new methods for automated and systematic testing of quantum programs, based on a rigorous theoretical foundation with the ultimate goal of supporting future ubiquitous services and data related to QC applications to guarantee their dependability. To allow for testing complex quantum programs with a minimal amount of QC resources, we will also propose novel quantum optimization algorithms. The research agenda of this proposal is three-fold: 1) building testing foundations for quantum programming languages, 2) building a novel quantum search algorithmic framework for test optimization, and 3) developing an experimental testing framework including test execution, involving testing quantum programs with the proposed foundations and optimization algorithms. Our frameworks will be implemented in Q# and QisKit and we will demonstrate cost-effective testing of quantum programs written in Q# and the languages supported by QisKit (e.g., Python).

Budsjettformål:

IKTPLUSS-IKT og digital innovasjon