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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
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# 🧪 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 Similarity**로
분석하는 교육용 실습 페이지입니다.

서버 없이 **브라우저에서 바로 계산**합니다(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_error`와 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