Noise is a major bottleneck in today's quantum computing, stemming from decoherence, gate imperfections and other hardware limitations. Accurate noise fingerprints are essential, yet undocumented noise model differences between Quantum Ecosystems undermine core functionality, such as compilation, development and debugging, offering limited transferability and support for quantum software engineering (QSE) tasks. We propose a new research direction: live empirical noise fingerprinting as a lightweight QSE-oriented "noise fingerprinting". Though explored in physics as device-level diagnostics, we reposition them as a QSE paradigm: we propose leveraging classical shadow tomography to enable a new generation of techniques. As a first step, we introduce SimShadow, which prepares reference states, applies shadow-tomography-inspired estimation and constructs deviation fingerprints. Initial experiments uncover systematic discrepancies between platforms (e.g. Frobenius distances up to 7.39) at up to 2.5x10^6 lower cost than traditional methods. SimShadow opens new directions for noise-aware compilation, transpilation, cross-platform validation, error mitigation, and formal methods in QSE.


翻译:噪声是当今量子计算的主要瓶颈,源于退相干、门操作缺陷及其他硬件限制。精确的噪声指纹至关重要,然而量子生态系统间未文档化的噪声模型差异会削弱编译、开发和调试等核心功能,导致量子软件工程任务的移植性和支持性受限。我们提出新的研究方向:将实时经验噪声指纹识别作为一种轻量级、面向QSE的"噪声指纹"方法。尽管该技术在物理学中作为设备级诊断手段已被探索,我们将其重新定位为QSE范式:提出利用经典阴影层析技术实现新一代方法。作为初步尝试,我们引入SimShadow系统,该系统通过制备参考态、应用受阴影层析启发的估计方法构建偏差指纹。初步实验揭示了平台间系统性差异(例如弗罗贝尼乌斯距离高达7.39),其成本比传统方法降低达2.5×10^6倍。SimShadow为噪声感知编译、跨平台转换验证、误差缓解及QSE形式化方法开辟了新方向。

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