論文の概要: QOS: A Quantum Operating System

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.19120v2
• Date: Tue, 15 Apr 2025 15:28:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-16 22:06:38.906368
• Title: QOS: A Quantum Operating System
• Title（参考訳）: QOS:量子オペレーティングシステム
• Authors: Emmanouil Giortamis, Francisco Romão, Nathaniel Tornow, Pramod Bhatotia,
• Abstract要約: 量子リソースを管理するクラウドオペレーティングシステムQOSを紹介する。 QOSは、透過的な量子ジョブ実行のためのハードウェアに依存しないAPIを公開する。 我々は,QOSが2.6～456.5$times$高忠実度を実現し,資源利用率を最大9.6$times$に向上し,待ち時間を最大5$times$に削減し,平均1～3%の忠実度を犠牲にすることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5571222258950509
• License:
• Abstract: Quantum computers face challenges due to hardware constraints, noise errors, and heterogeneity, and face fundamental design tradeoffs between key performance metrics such as \textit{quantum fidelity} and system utilization. This substantially complicates managing quantum resources to scale the size and number of quantum algorithms that can be executed reliably in a given time. We introduce QOS, a cloud operating system for managing quantum resources while mitigating their inherent limitations and balancing the design tradeoffs of quantum computing. QOS exposes a hardware-agnostic API for transparent quantum job execution, mitigates hardware errors, and systematically multi-programs and schedules the jobs across space and time to achieve high quantum fidelity in a resource-efficient manner. To achieve this, it leverages two key insights: First, to maximize utilization and minimize fidelity loss, some jobs are more compatible than others for multi-programming on the same quantum computer. Second, sacrificing minimal fidelity can significantly reduce job waiting times. We evaluate QOS on real quantum devices hosted by IBM, using 7000 real quantum runs of more than 70.000 benchmark instances. We show that the QOS achieves 2.6--456.5$\times$ higher fidelity, increases resource utilization by up to 9.6$\times$, and reduces waiting times by up to 5$\times$ while sacrificing only 1--3\% fidelity, on average, compared to the baselines.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、ハードウェアの制約、ノイズエラー、不均一性などの問題に直面し、‘textit{quantum fidelity’のような主要なパフォーマンス指標とシステム利用の基本的な設計上のトレードオフに直面している。 これは、特定の時間で確実に実行できる量子アルゴリズムのサイズと数をスケールするために、量子リソースの管理をかなり複雑にする。 量子リソースを管理するためのクラウドオペレーティングシステムであるQOSを導入し、その固有の制限を緩和し、量子コンピューティングの設計トレードオフのバランスをとる。 QOSは、透過的な量子ジョブ実行のためのハードウェアに依存しないAPIを公開し、ハードウェアエラーを軽減し、空間と時間にわたってジョブを体系的にマルチプログラムし、リソース効率のよい方法で高い量子忠実性を達成するためにスケジュールする。 まず、使用率を最大化し、フィデリティ損失を最小化するために、いくつかのジョブは、同じ量子コンピュータ上でのマルチプログラミングにおいて、他のジョブよりも互換性が高い。 第二に、最小の忠実さを犠牲にするということは、仕事の待ち時間を著しく短縮する。 我々は、IBMがホストしている実量子デバイス上で、70000以上のベンチマークインスタンスの7000以上の実量子実行を使用して、QOSを評価する。 我々は,QOSが2.6～456.5$\times$高忠実度を実現し,資源利用率を最大9.6$\times$に向上し,待ち時間を最大5$\times$に削減し,平均1～33%の忠実度を犠牲にすることを示した。

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