論文の概要: Optimizing Resource Allocation in a Distributed Quantum Computing Cloud: A Game-Theoretic Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.18298v1
- Date: Fri, 25 Apr 2025 12:14:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:53.761545
- Title: Optimizing Resource Allocation in a Distributed Quantum Computing Cloud: A Game-Theoretic Approach
- Title（参考訳）: 分散量子コンピューティングクラウドにおけるリソース割り当ての最適化:ゲーム理論的アプローチ
- Authors: Bernard Ousmane Sane, Michal Hajdušek, Rodney Van Meter,
- Abstract要約: 本稿では,量子クラウド環境における資源利用を最大化しつつ,クライアントのコストを最小化する量子回路分割リソース割り当てゲームモデルを提案する。
我々のソリューションは、量子ノード当たりのコスト、トータルコスト、最大コスト、パーティション数、リモートゲート数の観点から、従来のものよりも優れている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.49157446832511503
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum cloud computing is essential for achieving quantum supremacy by utilizing multiple quantum computers connected via an entangling network to deliver high performance for practical applications that require extensive computational resources. With such a platform, various clients can execute their quantum jobs (quantum circuits) without needing to manage the quantum hardware and pay based on resource usage. Hence, defining optimal quantum resource allocation is necessary to avoid overcharging clients and to allow quantum cloud providers to maximize resource utilization. Prior work has mainly focused on minimizing communication delays between nodes using multi-objective techniques. Our approach involves analyzing the problem from a game theory perspective. We propose a quantum circuit partitioning resource allocation game model (QC-PRAGM) that minimizes client costs while maximizing resource utilization in quantum cloud environments. We extend QC-PRAGM to QC-PRAGM++ to maximize local gates in a partition by selecting the best combinations of qubits, thereby minimizing both cost and inter-node communication. We demonstrate analytically that clients are charged appropriately (with a total cost at most $\frac{4}{3}$ the optimal cost) while optimizing quantum cloud resources. Further, our simulations indicate that our solutions perform better than traditional ones in terms of the cost per quantum node, total cost, maximum cost, number of partitions, and number of remote gates.
- Abstract（参考訳）: 量子クラウドコンピューティングは、エンタングルネットワークを介して接続された複数の量子コンピュータを活用して、広範な計算資源を必要とする実用的なアプリケーションに高い性能を提供することにより、量子超越性を達成するために不可欠である。
このようなプラットフォームで、さまざまなクライアントは、量子ハードウェアを管理し、リソース使用量に基づいて支払いを行うことなく、量子ジョブ(量子回路)を実行することができる。
したがって、クライアントの過剰なチャージを回避し、量子クラウドプロバイダによるリソース利用の最大化を可能にするために、最適な量子リソース割り当てを定義する必要がある。
これまでは主にマルチオブジェクト技術を用いたノード間の通信遅延の最小化に重点を置いてきた。
我々のアプローチはゲーム理論の観点から問題を解析することである。
本稿では,量子クラウド環境における資源利用を最大化しつつ,クライアントのコストを最小化する量子回路分割リソース割り当てゲームモデルを提案する。
我々はQC-PRAGM++をQC-PRAGM++に拡張し、QC-PRAGM++の最良の組み合わせを選択することでパーティション内のローカルゲートを最大化し、ノード間通信のコストを最小化する。
量子クラウドリソースを最適化しながら、クライアントが適切に課金される(最大で$\frac{4}{3}$)ことを解析的に実証する。
さらに,提案手法は,量子ノード当たりのコスト,総コスト,最大コスト,パーティション数,リモートゲート数の観点から,従来の方法よりも優れた性能を示すことを示す。
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