論文の概要: A Full Stack Framework for High Performance Quantum-Classical Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20128v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 02:07:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:17.131582
• Title: A Full Stack Framework for High Performance Quantum-Classical Computing
• Title（参考訳）: 高性能量子古典計算のためのフルスタックフレームワーク
• Authors: Xin Zhan, K. Grace Johnson, Aniello Esposito, Barbara Chapman, Marco Fiorentino, Kirk M. Bresniker, Raymond G. Beausoleil, Masoud Mohseni,
• Abstract要約: ハードウェア/デバイス非依存のソフトウェア統合アプローチによるHPC-QCフルスタックフレームワークとそのハイブリッドワークロード開発機能について紹介する。 既存の成熟したHPCプログラミング環境における量子プログラミング、ディスパッチ、およびコンパイルのためのインタフェースの最新の開発が示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9263941068840744
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: To address the growing needs for scalable High Performance Computing (HPC) and Quantum Computing (QC) integration, we present our HPC-QC full stack framework and its hybrid workload development capability with modular hardware/device-agnostic software integration approach. The latest development in extensible interfaces for quantum programming, dispatching, and compilation within existing mature HPC programming environment are demonstrated. Our HPC-QC full stack enables high-level, portable invocation of quantum kernels from commercial quantum SDKs within HPC meta-program in compiled languages (C/C++ and Fortran) as well as Python through a quantum programming interface library extension. An adaptive circuit knitting hypervisor is being developed to partition large quantum circuits into sub-circuits that fit on smaller noisy quantum devices and classical simulators. At the lower-level, we leverage Cray LLVM-based compilation framework to transform and consume LLVM IR and Quantum IR (QIR) from commercial quantum software frontends in a retargetable fashion to different hardware architectures. Several hybrid HPC-QC multi-node multi-CPU and GPU workloads (including solving linear system of equations, quantum optimization, and simulating quantum phase transitions) have been demonstrated on HPE EX supercomputers to illustrate functionality and execution viability for all three components developed so far. This work provides the framework for a unified quantum-classical programming environment built upon classical HPC software stack (compilers, libraries, parallel runtime and process scheduling).
• Abstract（参考訳）: スケーラブルなハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)と量子コンピューティング(QC)の統合の必要性の高まりに対処するため,HPC-QCフルスタックフレームワークと,モジュールハードウェア/デバイスに依存しないソフトウェア統合アプローチによるハイブリッドワークロード開発機能について紹介する。 既存の成熟したHPCプログラミング環境における量子プログラミング、ディスパッチ、コンパイルのための拡張可能なインタフェースの最近の開発を実証する。 我々のHPC-QCフルスタックは、コンパイルされた言語(C/C++とFortran)のHPCメタプログラム内の商用量子SDKから高レベルでポータブルな量子カーネルの呼び出しを可能にする。 適応回路編みハイパバイザは、大きな量子回路を小さなノイズの多い量子デバイスや古典的なシミュレータに適合するサブ回路に分割するために開発されている。 低レベルでは、Cray LLVMベースのコンパイルフレームワークを利用して、LLVM IRとQuantum IR(QIR)を商用量子ソフトウェアフロントエンドからさまざまなハードウェアアーキテクチャに再ターゲティング可能な方法で変換し、消費します。 いくつかのハイブリッドHPC-QCマルチノードマルチCPUおよびGPUワークロード(方程式の線形システム、量子最適化、量子位相遷移のシミュレーションを含む)がHPE EXスーパーコンピュータ上で実証され、これまで開発された3つのコンポーネントの機能と実行可能性について説明されている。 この作業は、古典的なHPCソフトウェアスタック(コンパイラ、ライブラリ、並列ランタイム、プロセススケジューリング)上に構築された統一量子古典プログラミング環境のためのフレームワークを提供する。

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