Quantum programs exhibit inherent non-deterministic behavior, which poses more significant challenges for error discovery compared to classical programs. While several testing methods have been proposed for quantum programs, they often overlook fundamental questions in black-box testing. In this paper, we bridge this gap by presenting three novel algorithms specifically designed to address the challenges of equivalence, identity, and unitarity checking in black-box testing of quantum programs. We also explore optimization techniques for these algorithms, including specialized versions for equivalence and unitarity checking, and provide valuable insights into parameter selection to maximize performance and effectiveness. To evaluate the effectiveness of our proposed methods, we conducted comprehensive experimental evaluations, which demonstrate that our methods can rigorously perform equivalence, identity, and unitarity checking, offering robust support for black-box testing of quantum programs.


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在科学,计算和工程学中,黑盒是一种设备,系统或对象,可以根据其输入和输出(或传输特性)对其进行查看,而无需对其内部工作有任何了解。 它的实现是“不透明的”(黑色)。 几乎任何事物都可以被称为黑盒:晶体管,引擎,算法,人脑,机构或政府。为了使用典型的“黑匣子方法”来分析建模为开放系统的事物,仅考虑刺激/响应的行为,以推断(未知)盒子。 该黑匣子系统的通常表示形式是在该方框中居中的数据流程图。黑盒的对立面是一个内部组件或逻辑可用于检查的系统,通常将其称为白盒(有时也称为“透明盒”或“玻璃盒”)。
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