Comparative Analysis of Quantum Software Testing: Simulators vs Hardware

Abstract

Tämä kanditutkielma tarkastelee kvanttiohjelmistojen testauksen kustannustehokkuutta. Työssä vertaillaan simulaatioympäristöä todelliseen kvanttilaitteistoon. Tutkimuksen pääkysymys on, kuinka tehokkaita kvanttiohjelmistosimulaatiot ovat verrattuna kvanttilaitteistoon. Tutkimus on toteutettu kirjallisuuskatsauksena, jossa on analysoitu alan ajankohtaisia tutkimuksia, kustannusmalleja ja teknisiä rajoitteita.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että simulaatiot ovat tällä hetkellä saavutettavampia ja kustannustehokkaampia erityisesti kehityksen alkuvaiheessa. Kvanttilaitteistot kuitenkin tarjoavat realistisemman testausympäristön, mutta niiden käyttö on kallista ja teknisesti rajattua. Analyysin perusteella hybridimalli, jossa simulaatiota käytetään prototyyppien kehitykseen ja laitteistoa lopulliseen validointiin, on käytännöllisin lähestymistapa.

Tutkimus korostaa tarvetta kehittää yhtenäisiä kustannusmalleja, skaalautuvia simulaatioarkitehtuureja ja tasa-arvoisia pääsymalleja kvanttilaitteistojen testaukseen. Näiden haasteiden ratkaiseminen on keskeistä kvanttiohjelmistotekniikan kestävälle ja tehokkaalle kehitykselle.

This thesis examines the cost effectivity of testing quantum software. The work compares simulation environments with actual quantum hardware. The main question of the study is: How effective are quantum software simulators compared to quantum hardware? The thesis was conducted as a literature review, analyzing current research, cost models, and technical limitations in the field. The results of this study show that simulators are currently more accessible and cost-effective, especially in early stages of development. However, quantum hardware provides a more realistic testing environment, but its use is expensive and technically limited. Based on the analysis, a hybrid model, in which simulation is used for prototype development and hardware for final validation, is the most practical approach. The thesis highlights the need to develop consistent cost models, scalable simulation architectures and equitable access models for testing quantum hardware. Addressing these challenges is essential for sustainable and efficient development of quantum software technology.