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metadata

title: Quantum Metamorphic Testing Lab
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short_description: 2-qubit gate metamorphic testing under quantum noise
tags:
  - quantum-computing
  - metamorphic-testing
  - software-testing
  - quantum-noise
  - education

🧪 Quantum Metamorphic Testing

2-큐비트 양자 게이트 조합(TC1~TC6)을 메타모픽 테스트 케이스로 설계하고, Depolarizing · Amplitude Damping · Phase Damping 노이즈가 출력 확률 분포와 메타모픽 관계(MR)에 미치는 영향을 Chi-Square / KL-Divergence / Cosine Similarity로 분석하는 교육용 실습 페이지입니다.

서버 없이 브라우저에서 바로 계산합니다(HTML 파일 하나). 설치나 대기 시간이 없어 수업에서 바로 쓸 수 있습니다.

탭 구성

탭	내용
① 단일 실험	테스트 케이스 × 노이즈 모델 × 측정 기저를 골라 노이즈 강도 스윕
② 노이즈 모델 비교	논문 Fig.1·2 형태로 세 노이즈 모델 비교, 전체 데이터셋 CSV 다운로드
③ 직접 회로 만들기	게이트 시퀀스를 입력해 Z·X 기저에서 유효한 팔로우업인지 확인한 뒤 노이즈 실험
④ 개념 학습	오라클 문제, 메타모픽 테스팅, 노이즈 모델, 지표, 토론 질문(클릭하면 해당 실험으로 이동)

시뮬레이터

• 2-큐비트 밀도행렬 시뮬레이터를 JavaScript로 구현했습니다.
• 노이즈 채널은 Qiskit Aer의 depolarizing_error, amplitude_damping_error, phase_damping_error와 같은 Kraus 연산자를 씁니다.
  • 1-큐비트 게이트에는 단일 큐비트 오류를 적용합니다.
  • 2-큐비트 게이트에는 Depolarizing은 2-큐비트 오류, AD·PD는 두 큐비트 각각에 단일 큐비트 오류를 적용합니다.
• 정확한 출력 확률을 계산한 뒤, seed 기반 다항 샘플링으로 측정 빈도(shots)를 만듭니다.
• 난수 생성기가 다르므로 Qiskit Aer와 측정 빈도가 똑같지는 않지만, 분포는 통계적으로 같습니다.
• 노이즈 0.1에서 TC1의 KL 값은 Depolarizing 0.049, Amplitude Damping 0.103, Phase Damping 0.077로 논문 Fig.2와 일치합니다.
• 차트는 Chart.js(CDN)를 사용합니다.

실험 설정 (논문 Table 4 기준, 화면에서 조정 가능)

• 노이즈 강도 0.0 ~ 0.1 (0.01 간격), shots 4,096, seed 1234
• Depolarizing·Amplitude Damping은 Z-기저, Phase Damping은 X-기저에서 측정
• Chi-Square 판정은 두 가지 중 선택할 수 있습니다.
  • 논문 방식: 기대 분포(50/50)에 대한 적합도 검정
  • 메타모픽 방식: 같은 노이즈의 TC1과 동질성 검정