論文の概要: Distributed Shared Layered Storage Quantum Simulator: A novel quantum simulation system for efficient scaling and cost optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.15542v1
- Date: Thu, 21 Aug 2025 13:19:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-22 16:26:46.341237
- Title: Distributed Shared Layered Storage Quantum Simulator: A novel quantum simulation system for efficient scaling and cost optimization
- Title（参考訳）: 分散共有層ストレージ量子シミュレータ:効率的なスケーリングとコスト最適化のための新しい量子シミュレーションシステム
- Authors: Mingyang Yu, Haorui Yang, Donglin Wang, Desheng Kong, Ji Du, Yulong Fu, Wei Wang, Jing Xu,
- Abstract要約: 本稿では,分散層共有ストレージ量子シミュレータ(SQS)を提案する。
複数の計算ノードがデータストレージを直接共有する革新的な分散アーキテクチャを利用することで、DSLSQSは分散システムにおける東西のデータフローを効果的に排除する。
このシステムは、高価な高性能メモリの使用を減らし、シミュレーションコストを大幅に削減する階層ストレージ技術を採用している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.079319223395018
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum simulators are essential tools for developing and testing quantum algorithms. However, the high-frequency traversal characteristic of quantum simulators represents an unprecedented demand in the history of IT, and existing distributed technologies is unable to meet this requirement, resulting in a single-node bottleneck of quantum simulator. To overcome this limitation, this paper introduces a novel Distributed Shared Layered Storage Quantum Simulator (DSLSQS). By leveraging an innovative distributed architecture in which multiple computational nodes share data storage directly, together with De-TCP/IP networking technology, DSLSQS effectively eliminates East-West data flow in distributed systems. This approach mitigates the bottleneck of distributed quantum simulation clusters and enhances the scalability. Moreover, the system employs layered storage technology, which reduces usage of expensive high-performance memory and substantially lowers simulation costs. Furthermore, this paper systematically analyzes the performance and cost constraints of distributed quantum simulator cluster, identifying distributed networking as the primary performance bottleneck and highlighting that minimizing storage costs is crucial to reducing the total cost. Finally, experimental evaluations with a 27-qubit simulation confirm the successful implementation of layered storage within the quantum simulator. DSLSQS significantly enhances simulation efficiency, yielding a performance improvement of over 350% compared to existing distributed technologies. These results underscore the superior performance and scalability of the proposed architecture in managing complex quantum computing tasks. This paper provides crucial insights for the practical deployment of quantum computing and presents an effective framework for the development of distributed quantum simulation clusters.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレータは、量子アルゴリズムの開発とテストに不可欠なツールである。
しかし、量子シミュレータの高周波トラバース特性は、ITの歴史において前例のない需要であり、既存の分散技術はこの要件を満たすことができず、量子シミュレータの単一ノードボトルネックとなる。
本稿では,この制限を克服するために,新しい分散共有層ストレージ量子シミュレータ(DSLSQS)を提案する。
複数の計算ノードがデータストレージを直接共有する革新的な分散アーキテクチャとDe-TCP/IPネットワーク技術を活用することにより、DSLSQSは分散システムの東西データフローを効果的に排除する。
このアプローチは分散量子シミュレーションクラスタのボトルネックを緩和し、スケーラビリティを高める。
さらに、高価な高性能メモリの使用を減らし、シミュレーションコストを大幅に削減する階層ストレージ技術を採用している。
さらに、分散量子シミュレータクラスタの性能とコストの制約を体系的に分析し、分散ネットワークを主要なパフォーマンスボトルネックとして同定し、ストレージコストの最小化が総コスト削減に不可欠であることを強調する。
最後に、27量子ビットシミュレーションによる実験により、量子シミュレータ内の層状ストレージの実装が成功したことを確認した。
DSLSQSはシミュレーション効率を大幅に向上し、既存の分散技術と比較して350%以上のパフォーマンス向上を実現している。
これらの結果は、複雑な量子コンピューティングタスクを管理する上で、提案アーキテクチャの優れた性能とスケーラビリティを裏付けるものである。
本稿では,量子コンピューティングの実用化に向けて重要な知見を提供し,分散量子シミュレーションクラスタの開発に有効な枠組みを提案する。
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