論文の概要: Interfacing Quantum Computing Systems with High-Performance Computing Systems: An Overview

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06205v1
• Date: Sun, 07 Sep 2025 21:02:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.903151
• Title: Interfacing Quantum Computing Systems with High-Performance Computing Systems: An Overview
• Title（参考訳）: 高性能コンピューティングシステムを用いた相互作用量子コンピューティングシステムの概要
• Authors: Konstantinos Rallis, Ioannis Liliopoulos, Georgios D. Varsamis, Evangelos Tsipas, Ioannis G. Karafyllidis, Georgios Ch. Sirakoulis, Panagiotis Dimitrakis,
• Abstract要約: 原稿はHPC-QCインターフェースの現状を概観している。 スタンドアロンと疎結合のアーキテクチャから緊密に統合されたノードシステムまで、既存のハードウェアレベルの統合モデルを批判的に評価する。 また、ハードウェアの制限、ソフトウェアの成熟度、通信オーバーヘッド、リソース管理の複雑さ、コスト要因など、既存の課題についても説明している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21108097398435335
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The connection and eventual integration of High-Performance Computing (HPC) with Quantum Computing (QC) represents a transformative advancement in computational technology, promising significant enhancements in solving complex, previously intractable problems. This manuscript provides a comprehensive overview of the current state of HPC-QC interfacing, detailing architectural methodologies, software stack developments, middleware functionalities, and hardware integration strategies. It critically assesses existing hardware-level integration models, ranging from standalone and loosely-coupled architectures to tightly-integrated and on-node systems. The software ecosystem is analyzed, highlighting prominent frameworks such as Qiskit, PennyLane, CUDA-Q, and middleware solutions like Pilot-Quantum, essential for seamless hybrid computing environments. Furthermore, the manuscript discusses practical applications in optimization, machine learning, and many-body dynamics, where hybrid HPC-QC systems can offer substantial advantages. It also describes existing challenges, including hardware limitations (coherence, scalability, connectivity), software maturity, communication overhead, resource management complexities, and cost factors. Finally, future directions towards tighter hardware and software integration are discussed, emphasizing ongoing research developments and emerging trends that promise to expand the capabilities and accessibility of hybrid HPC-QC systems.
• Abstract（参考訳）: HPC(High-Performance Computing)と量子コンピューティング(Quantum Computing, QC)の接続と最終的な統合は、計算技術の革新的な進歩を表しており、複雑で以前に難解な問題を解く上で大きな進歩を約束している。 この原稿は、アーキテクチャ方法論、ソフトウェアスタック開発、ミドルウェア機能、ハードウェア統合戦略を詳述し、HPC-QCのインターフェースの現状を概観する。 スタンドアロンと疎結合のアーキテクチャから、密結合とオンノードシステムまで、既存のハードウェアレベルの統合モデルを批判的に評価する。 ソフトウェアエコシステムは分析され、Qiskit、PennyLane、CUDA-Qなどの著名なフレームワークと、シームレスなハイブリッドコンピューティング環境に不可欠なPilot-Quantumのようなミドルウェアソリューションを強調している。 さらに、HPC-QCハイブリッドシステムが大きな利点をもたらすことができる最適化、機械学習、多体力学の実践的応用についても論じている。 また、ハードウェアの制限(コヒーレンス、スケーラビリティ、接続性)、ソフトウェアの成熟度、通信オーバーヘッド、リソース管理の複雑さ、コスト要因など、既存の課題についても説明している。 最後に,HPC-QCハイブリッドシステムの機能拡張とアクセシビリティ向上を約束する,現在進行中の研究展開と新たなトレンドを強調し,ハードウェアとソフトウェアの統合の強化に向けた今後の方向性について論じる。

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