Fugu-MT 論文翻訳(概要): Scaling Hybrid Quantum-HPC Applications with the Quantum Framework

論文の概要: Scaling Hybrid Quantum-HPC Applications with the Quantum Framework

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14470v1
Date: Wed, 17 Sep 2025 22:58:43 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2025-09-19 17:26:52.994135
Title: Scaling Hybrid Quantum-HPC Applications with the Quantum Framework
Title（参考訳）: 量子フレームワークによるハイブリッド量子-HPCアプリケーションのスケーリング
Authors: Srikar Chundury, Amir Shehata, Seongmin Kim, Muralikrishnan Gopalakrishnan Meena, Chao Lu, Kalyana Gottiparthi, Eduardo Antonio Coello Perez, Frank Mueller, In-Saeng Suh,
Abstract要約: 大規模に量子アプリケーションを運用するための重要な戦略として,ハイブリッド量子ハイパフォーマンスコンピューティングが登場している。モジュール化されたHPC対応オーケストレーション層であるQuantum Framework(QFw)を拡張して、複数のローカルバックエンドとクラウドベースの量子バックエンドを統合する。この統合を利用することで、多くの非変分処理と変分処理を実行します。
参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9218462389567823
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: Hybrid quantum-high performance computing (Q-HPC) workflows are emerging as a key strategy for running quantum applications at scale in current noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. These workflows must operate seamlessly across diverse simulators and hardware backends since no single simulator offers the best performance for every circuit type. Simulation efficiency depends strongly on circuit structure, entanglement, and depth, making a flexible and backend-agnostic execution model essential for fair benchmarking, informed platform selection, and ultimately the identification of quantum advantage opportunities. In this work, we extend the Quantum Framework (QFw), a modular and HPC-aware orchestration layer, to integrate multiple local backends (Qiskit Aer, NWQ-Sim, QTensor, and TN-QVM) and a cloud-based quantum backend (IonQ) under a unified interface. Using this integration, we execute a number of non-variational as well as variational workloads. The results highlight workload-specific backend advantages: while Qiskit Aer's matrix product state excels for large Ising models, NWQ-Sim not only leads on large-scale entanglement and Hamiltonian but also shows the benefits of concurrent subproblem execution in a distributed manner for optimization problems. These findings demonstrate that simulator-agnostic, HPC-aware orchestration is a practical path toward scalable, reproducible, and portable Q-HPC ecosystems, thereby accelerating progress toward demonstrating quantum advantage.
Abstract（参考訳）: ハイブリッド量子ハイパフォーマンスコンピューティング(Q-HPC)ワークフローは、現在のノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイスで大規模に量子アプリケーションを実行するための重要な戦略として浮上している。これらのワークフローは、様々なシミュレータやハードウェアバックエンドでシームレスに動作する必要がある。シミュレーション効率は回路構造、絡み合い、深さに強く依存し、公正なベンチマーク、情報プラットフォームの選択、究極的には量子上の有利な機会の同定に不可欠なフレキシブルでバックエンドに依存しない実行モデルを作る。本研究では,モジュールおよびHPC対応オーケストレーション層であるQuantum Framework(QFw)を拡張し,複数のローカルバックエンド(Qiskit Aer,NWQ-Sim,QTensor,TN-QVM)とクラウドベースの量子バックエンド(IonQ)を統一インターフェースに統合する。この統合を利用することで、多くの非変分処理と変分処理を実行します。 Qiskit Aer氏の行列製品は大規模なIsingモデルに対して優れているが、NWQ-Simは大規模な絡み合いとハミルトン的なだけでなく、最適化問題に対する分散方法での並列サブプロブレム実行の利点も示している。これらの結果から, シミュレータ非依存なHPC対応オーケストレーションは, スケーラブルで再現性が高く, ポータブルなQ-HPCエコシステムへの実践的な道のりであり, 量子的優位性を示すための進歩を加速することが明らかとなった。

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