論文の概要: Building a Software Stack for Quantum-HPC Integration

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.01787v1
• Date: Mon, 03 Mar 2025 18:18:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-05 19:14:46.592844
• Title: Building a Software Stack for Quantum-HPC Integration
• Title（参考訳）: 量子HPC統合のためのソフトウェアスタックの構築
• Authors: Amir Shehata, Peter Groszkowski, Thomas Naughton, Murali Gopalakrishnan Meena, Elaine Wong, Daniel Claudino, Rafael Ferreira da Silvaa, Thomas Beck,
• Abstract要約: 本稿では,現在の中間スケール量子デバイスと将来のフォールトトレラント量子コンピュータの両方をサポートするハードウェア非依存のソフトウェアフレームワークを提案する。 アーキテクチャには、量子ゲートウェイインターフェース、リソース管理のための標準化されたAPI、堅牢なスケジューリングメカニズムが含まれている。 主なイノベーションは、(1)量子および古典的なリソースを効率的にコーディネートする統一されたリソース管理システム、(2)ハードウェア固有の詳細を抽象化する柔軟な量子プログラミングインタフェース、(4)量子回路最適化と実行のための包括的なツールチェーンである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9360388224886863
• License:
• Abstract: This paper presents a comprehensive software stack architecture for integrating quantum computing (QC) capabilities with High-Performance Computing (HPC) environments. While quantum computers show promise as specialized accelerators for scientific computing, their effective integration with classical HPC systems presents significant technical challenges. We propose a hardware-agnostic software framework that supports both current noisy intermediate-scale quantum devices and future fault-tolerant quantum computers, while maintaining compatibility with existing HPC workflows. The architecture includes a quantum gateway interface, standardized APIs for resource management, and robust scheduling mechanisms to handle both simultaneous and interleaved quantum-classical workloads. Key innovations include: (1) a unified resource management system that efficiently coordinates quantum and classical resources, (2) a flexible quantum programming interface that abstracts hardware-specific details, (3) A Quantum Platform Manager API that simplifies the integration of various quantum hardware systems, and (4) a comprehensive tool chain for quantum circuit optimization and execution. We demonstrate our architecture through implementation of quantum-classical algorithms, including the variational quantum linear solver, showcasing the framework's ability to handle complex hybrid workflows while maximizing resource utilization. This work provides a foundational blueprint for integrating QC capabilities into existing HPC infrastructures, addressing critical challenges in resource management, job scheduling, and efficient data movement between classical and quantum resources.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子コンピューティング(QC)機能をハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)環境に統合するための包括的ソフトウェアスタックアーキテクチャを提案する。 量子コンピュータは科学計算の特別な加速器として有望であるが、古典的なHPCシステムとの効果的な統合は重要な技術的課題を示している。 我々は,既存のHPCワークフローとの互換性を維持しつつ,現在のノイズの多い中間スケール量子デバイスと将来のフォールトトレラント量子コンピュータの両方をサポートするハードウェアに依存しないソフトウェアフレームワークを提案する。 アーキテクチャには、量子ゲートウェイインターフェース、リソース管理のための標準化されたAPI、および、同時およびインターリーブされた量子古典的ワークロードを処理する堅牢なスケジューリングメカニズムが含まれている。 1) 量子および古典的資源を効率的にコーディネートする統一されたリソース管理システム,(2) ハードウェア固有の詳細を抽象化するフレキシブルな量子プログラミングインターフェース,(3) 様々な量子ハードウェアシステムの統合を単純化する量子プラットフォームマネージャAPI,(4) 量子回路最適化と実行のための包括的なツールチェーン。 我々は、変動量子線形解法を含む量子古典的アルゴリズムの実装を通じて、我々のアーキテクチャを実証し、資源利用を最大化しながら複雑なハイブリッドワークフローを扱うフレームワークの能力を示す。 この研究は、QC機能を既存のHPCインフラストラクチャに統合するための基本的な青写真を提供し、リソース管理、ジョブスケジューリング、古典的および量子的リソース間の効率的なデータ移動における重要な課題に対処する。

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