Quantum Software Engineering (QSE) is emerging as a critical discipline to make quantum computing accessible to a broader developer community; however, most quantum development environments still require developers to engage with low-level details across the software stack - including problem encoding, circuit construction, algorithm configuration, hardware selection, and result interpretation - making them difficult for classical software engineers to use. To bridge this gap, we present C2|Q>, a hardware-agnostic quantum software development framework that translates specific types of classical specifications into quantum-executable programs while preserving methodological rigor. The framework applies modular software engineering principles by classifying the workflow into three core modules: an encoder that classifies problems, produces Quantum-Compatible Formats (QCFs), and constructs quantum circuits, a deployment module that generates circuits and recommends hardware based on fidelity, runtime, and cost, and a decoder that interprets quantum outputs into classical solutions. This architecture supports systematic evaluation across simulators and Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) quantum devices, remaining scalable to new problem classes and algorithms. In evaluation, the encoder module achieved a 93.8% completion rate, the hardware recommendation module consistently selected the appropriate quantum devices for workloads scaling up to 56 qubits. These results indicate that C2|Q> lowers the entry barrier to quantum software development by providing a reproducible, extensible toolchain that connects classical specifications to quantum execution. The open-source implementation of C2|Q> is available at https://github.com/C2-Q/C2Q.


翻译:量子软件工程正逐渐成为使量子计算更广泛地为开发者社区所接受的关键学科;然而,大多数量子开发环境仍要求开发者处理软件栈中各个层面的底层细节——包括问题编码、电路构建、算法配置、硬件选择以及结果解释——这使得经典软件工程师难以使用。为弥合这一鸿沟,我们提出了C2|Q>,一个硬件无关的量子软件开发框架,它能够将特定类型的经典规约转换为可执行的量子程序,同时保持方法论的严谨性。该框架应用模块化软件工程原则,将工作流划分为三个核心模块:一个用于问题分类、生成量子兼容格式并构建量子电路的编码器;一个基于保真度、运行时间和成本生成电路并推荐硬件的部署模块;以及一个将量子输出解释为经典解决方案的解码器。该架构支持在模拟器和噪声中等规模量子设备上进行系统性评估,并能扩展到新的问题类别和算法。在评估中,编码器模块实现了93.8%的完成率,硬件推荐模块在扩展到56量子位的工作负载上始终能选择恰当的量子设备。这些结果表明,C2|Q>通过提供一个可复现、可扩展的工具链,将经典规约与量子执行相连接,从而降低了量子软件开发的入门门槛。C2|Q>的开源实现可在https://github.com/C2-Q/C2Q获取。

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