論文の概要: Tackling the Challenges of Adding Pulse-level Support to a Heterogeneous HPCQC Software Stack: MQSS Pulse

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.26565v1
• Date: Thu, 30 Oct 2025 14:55:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.866868
• Title: Tackling the Challenges of Adding Pulse-level Support to a Heterogeneous HPCQC Software Stack: MQSS Pulse
• Title（参考訳）: 不均一なHPCQCソフトウェアスタックにパルスレベルサポートを追加するという課題に対処する:MQSS Pulse
• Authors: Jorge Echavarria, Muhammad Nufail Farooqi, Amit Devra, Santana Lujan, Léo Van Damme, Hossam Ahmed, Martín Letras, Ercüment Kaya, Adrian Vetter, Max Werninghaus, Martin Knudsen, Felix Rohde, Albert Frisch, Eric Mansfield, Rakhim Davletkaliyev, Vladimir Kukushkin, Noora Färkkilä, Janne Mäntylä, Nikolas Pomplun, Andreas Spörl, Lukas Burgholzer, Yannick Stade, Robert Wille, Laura B. Schulz, Martin Schulz,
• Abstract要約: 異種高性能コンピューティング・量子コンピューティングソフトウェアスタックにネイティブパルスレベル制御を追加する問題について検討する。 目標は、低レベルのアクセスとコントロールを提供することです。 我々の統合的アプローチは、HPCQC環境におけるパルスレベル量子演算のためのエンドツーエンドパスを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.335382301829783
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: We study the problem of adding native pulse-level control to heterogeneous High Performance Computing-Quantum Computing (HPCQC) software stacks, using the Munich Quantum Software Stack (MQSS) as a case study. The goal is to expand the capabilities of HPCQC environments by offering the ability for low-level access and control, currently typically not foreseen for such hybrid systems. For this, we need to establish new interfaces that integrate such pulse-level control into the lower layers of the software stack, including the need for proper representation. Pulse-level quantum programs can be fully described with only three low-level abstractions: ports (input/output channels), frames (reference signals), and waveforms (pulse envelopes). We identify four key challenges to represent those pulse abstractions at: the user-interface level, at the compiler level (including the Intermediate Representation (IR)), and at the backend-interface level (including the appropriate exchange format). For each challenge, we propose concrete solutions in the context of MQSS. These include introducing a compiled (C/C++) pulse Application Programming Interface (API) to overcome Python runtime overhead, extending its LLVM support to include pulse-related instructions, using its C-based backend interface to query relevant hardware constraints, and designing a portable exchange format for pulse sequences. Our integrated approach provides an end-to-end path for pulse-aware compilation and runtime execution in HPCQC environments. This work lays out the architectural blueprint for extending HPCQC integration to support pulse-level quantum operations without disrupting state-of-the-art classical workflows.
• Abstract（参考訳）: 我々は、ミュンヘン量子ソフトウェアスタック(MQSS)をケーススタディとして、異種高性能コンピューティング量子コンピューティング(HPCQC)ソフトウェアスタックにネイティブパルスレベル制御を追加する問題について検討した。 目標は、HPCQC環境の低レベルアクセスと制御機能を提供することで、HPCQC環境の能力を拡大することである。 そのため、適切な表現の必要性を含む、そのようなパルスレベルの制御をソフトウェアスタックの下層に組み込む新しいインターフェースを確立する必要がある。 パルスレベルの量子プログラムは、ポート(入出力チャネル)、フレーム(参照信号)、波形(パルスエンベロープ)の3つの低レベル抽象化で完全に記述できる。 ユーザインタフェースレベル、コンパイラレベル(中間表現(IR)を含む)、バックエンドインターフェースレベル(適切な交換フォーマットを含む)。 各課題に対して,MQSSのコンテキストにおける具体的な解決策を提案する。 その中には、Pythonランタイムのオーバーヘッドを克服するためにコンパイルされた(C/C++)パルスのアプリケーションプログラミングインターフェース(API)の導入、パルス関連命令を含むLLVMサポートの拡張、関連するハードウェア制約を問うためのCベースのバックエンドインターフェースの使用、パルスシーケンスのポータブル交換フォーマットの設計などが含まれる。 我々の統合されたアプローチは、HPCQC環境におけるパルス認識コンパイルとランタイム実行のためのエンドツーエンドパスを提供する。 この研究は、最先端の古典的ワークフローを中断することなく、パルスレベルの量子演算をサポートするためにHPCQC統合を拡張するアーキテクチャの青写真を作成する。

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