None of the quantum computing applications imagined will ever become a reality without quantum software. Quantum programmes have, to date, been coded with ad hoc techniques. Researchers in the field of quantum software engineering are, therefore, now demanding more systematic techniques and methods with which to produce software with sufficient quality. One of the challenges and lessons learned from classic software engineering is the need for high-level, abstract and technology-independent representations with which to design software before it is coded. This paper specifically addresses this challenge for quantum software design. Since UML is a well-proven modelling language that has been widely employed by industry for some time, we propose a UML extension for the representation of quantum algorithms. Our proposal comprises the definition of a UML profile based on various stereotypes that can be applied to the existing UML activity diagrams in order to represent quantum circuits. The advantage of this representation is that UML quantum circuits can be interrelated with other UML elements and diagrams, which will make it possible to represent various concerns and viewpoints of the so-called hybrid information systems. This will consequently enable classical and quantum aspects to be modelled together in integrated designs in a technological-agnostic manner that is already supported by a considerable number of existing software design tools.


翻译:因此,量子软件工程领域的研究人员现在要求采用更系统的技术和方法来生产具有足够质量的软件。从经典软件工程中吸取的挑战和教训之一是需要高层次、抽象和技术独立的代表性,在软件编码之前需要设计软件。本文件具体讨论了量子软件设计面临的这一挑战。由于UML是一种经过充分证明的模拟语言,工业在一段时间内广泛使用,因此我们建议扩大量子算法代表UML。我们的建议包括基于各种定型观念的UML剖面图定义,这些定型观念可以适用于现有的UML活动图,以便代表量子电路。这种说明的优点是,UML 量子电路可以与其他UML元素和图表相联,从而能够代表所谓的混合信息系统的各种关切和观点。因此,我们建议将量子模型扩展成一个用于量子算法代表的UML图。我们的提议包括基于各种定型观念的UML剖面图的定义,可以适用于现有的UML活动图,以便代表量电路路。这种图的优点是,UML 量电路可以与其他UML的电路与其他UM元素和图联系起来,这样可以代表所谓的混合信息系统的各种关切和观点。因此,可以代表所谓的混合信息系统的各种关切和观点,从而使得古典和量子方面能够以技术工具的现有大量设计方法得到支持。

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统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)是由国际软件行业组织 OMG(对象管理集团 omg.org)自 1997 年起研发的用于 IT 各领域建模的一套标准、通用、图形化的面向对象(OO)建模语言,对应的国际标准为 ISO/IEC 19505。UML 具有简单、直观、形象、表达力强等特点,因此不仅常用于复杂软件系统架构的建模和面向对象分析与设计(OOAD),也可用于复杂业务流程及系统需求的建模。UML 当前的最新版本为 v2.5(2015.3)。 UML 起源于 3 位著名的软件工程方法学家 Grady Booch、James Rumbaugh、Ivar Jacobson 融合、统一了他们各自原来的建模语言和方法。
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