論文の概要: Quantum Computing Technology Roadmaps and Capability Assessment for Scientific Computing -- An analysis of use cases from the NERSC workload

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.09882v1
• Date: Thu, 11 Sep 2025 22:26:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-15 16:03:07.938643
• Title: Quantum Computing Technology Roadmaps and Capability Assessment for Scientific Computing -- An analysis of use cases from the NERSC workload
• Title（参考訳）: 量子コンピューティング技術のロードマップと科学コンピューティングの能力評価 -- NERSCワークロードによるユースケースの分析
• Authors: Daan Camps, Ermal Rrapaj, Katherine Klymko, Hyeongjin Kim, Kevin Gott, Siva Darbha, Jan Balewski, Brian Austin, Nicholas J. Wright,
• Abstract要約: 材料科学、量子化学、高エネルギー物理学は、現在のNERSC生産負荷の50%以上を共同で構成している。 10の量子コンピューティング企業の集合による公開技術ロードマップは、今後5年から10年間で能力の劇的な増加を予測している。 不均一なワークロードに対するシステムレベルの性能とスループットを比較するため,SQSP(Sustained Quantum System Performance)という単純なメトリクスを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4040409216964937
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), as the high-performance computing (HPC) facility for the Department of Energy's Office of Science, recognizes the essential role of quantum computing in its future mission. In this report, we analyze the NERSC workload and identify materials science, quantum chemistry, and high-energy physics as the science domains and application areas that stand to benefit most from quantum computers. These domains jointly make up over 50% of the current NERSC production workload, which is illustrative of the impact quantum computing could have on NERSC's mission going forward. We perform an extensive literature review and determine the quantum resources required to solve classically intractable problems within these science domains. This review also shows that the quantum resources required have consistently decreased over time due to algorithmic improvements and a deeper understanding of the problems. At the same time, public technology roadmaps from a collection of ten quantum computing companies predict a dramatic increase in capabilities over the next five to ten years. Our analysis reveals a significant overlap emerging in this time frame between the technological capabilities and the algorithmic requirements in these three scientific domains. We anticipate that the execution time of large-scale quantum workflows will become a major performance parameter and propose a simple metric, the Sustained Quantum System Performance (SQSP), to compare system-level performance and throughput for a heterogeneous workload.
• Abstract（参考訳）: 国家エネルギー研究科学計算センター(National Energy Research Scientific Computing Center, NERSC)は、エネルギー省科学局の高性能コンピューティング(HPC)施設であり、将来のミッションにおける量子コンピューティングの本質的な役割を認識している。 本報告では,NERSCのワークロードを分析し,物質科学,量子化学,高エネルギー物理を,量子コンピュータから最も恩恵を受ける分野である科学領域と応用領域として同定する。 これらのドメインは、現在のNERSC生産負荷の50%以上を共同で構成しており、今後のNERSCのミッションに量子コンピューティングが与える影響を実証している。 我々は、これらの科学領域の中で古典的に難解な問題を解くのに必要な量子資源を、広範囲にわたる文献レビューを行い、決定する。 このレビューは、アルゴリズムの改善と問題のより深い理解により、必要となる量子リソースが時間とともに一貫して減少していることも示している。 同時に、10の量子コンピューティング企業の集合による公開技術ロードマップでは、今後5年から10年間で能力の劇的な増加が予測されている。 この3つの科学的領域における技術的能力とアルゴリズム的要求の間に、この時間枠に顕著な重なりが生じていることが、我々の分析によって明らかになっている。 我々は、大規模な量子ワークフローの実行時間が主要なパフォーマンスパラメータとなり、不均一なワークロードに対するシステムレベルのパフォーマンスとスループットを比較するための単純なメトリックであるSustained Quantum System Performance (SQSP)を提案することを期待する。

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