論文の概要: NetQMPI: An MPI-Inspired software for programming Distributed Quantum Applications over Quantum Networks using NetQASM SDK
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.11483v1
- Date: Fri, 12 Dec 2025 11:32:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-15 15:48:11.748427
- Title: NetQMPI: An MPI-Inspired software for programming Distributed Quantum Applications over Quantum Networks using NetQASM SDK
- Title（参考訳）: NetQMPI: NetQASM SDK を用いた分散量子アプリケーションを量子ネットワーク上でプログラミングするための MPI に触発されたソフトウェア
- Authors: F. Javier Cardama, Tomás F. Pena,
- Abstract要約: 本稿では,Message Passing Interface (MPI) 標準を量子領域に適用したハイレベルPythonフレームワークである textbfNetQMPI を紹介する。
本研究では,Non-Cloning Theoremの制約に対処するセマンティック・ポイント・ツー・ポイント・プリミティブと,公開や非公開といった新しい集合操作を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Distributed Quantum Computing (DQC) is essential for scaling quantum algorithms beyond the limitations of monolithic NISQ devices. However, the current software ecosystem forces developers to manually orchestrate low-level network resources, such as entanglement generation (EPR pairs) and classical synchronization, leading to verbose, error-prone, and non-scalable code. This paper introduces \textbf{NetQMPI}, a high-level Python framework that adapts the Message Passing Interface (MPI) standard to the quantum domain using the Single Program Multiple Data (SPMD) paradigm. Built as a middleware over the NetQASM SDK, NetQMPI abstracts the underlying physical topology, automating network initialization and resource management through a unified Communicator interface. We propose semantic point-to-point primitives and novel collective operations--such as expose and unexpose--that address the constraints of the No-Cloning Theorem by leveraging multipartite entanglement for data distribution. Our comparative analysis demonstrates that NetQMPI decouples algorithmic logic from network size, reducing the code complexity for generating an $N$-node GHZ state from $\mathcal{O}(N^2)$ to constant complexity $\mathcal{O}(1)$. Furthermore, the framework ensures backend agnosticism, enabling the seamless execution of high-level applications on rigorous physical simulators like NetSquid (via SquidASM) and future quantum hardware adhering to the NetQASM standard.
- Abstract（参考訳）: 分散量子コンピューティング(DQC)は、モノリシックなNISQデバイスの限界を超えた量子アルゴリズムのスケーリングに不可欠である。
しかし、現在のソフトウェアエコシステムは、開発者が手動でエンタングルメント生成(EPRペア)や古典的同期などの低レベルのネットワークリソースを編成することを強制し、冗長性、エラーを起こし、非スケール可能なコードを生み出す。
本稿では、SPMD(Single Program Multiple Data)パラダイムを用いて、MPI(Message Passing Interface)標準を量子領域に適応させる、ハイレベルPythonフレームワークである「textbf{NetQMPI}」を紹介する。
NetQMPIはNetQASM SDK上のミドルウェアとして構築され、基盤となる物理トポロジを抽象化し、ネットワークの初期化とリソース管理を自動化する。
本研究では,データ分散にマルチパーティントの絡み合いを活用することで,Non-Cloning Theoremの制約に対処するセマンティック・ポイント・ツー・ポイント・プリミティブと,新しい集合操作を提案する。
我々の比較分析は、NetQMPIがアルゴリズムロジックをネットワークサイズから切り離し、$\mathcal{O}(N^2)$から$\mathcal{O}(1)$への$N$ノードGHZ状態を生成するコードの複雑さを減少させることを示した。
さらに、このフレームワークはバックエンドの非依存性を保証するため、NetSquid (via SquidASM)のような厳格な物理シミュレータ上での高レベルのアプリケーションのシームレスな実行と、NetQASM標準に準拠した将来の量子ハードウェアを実現する。
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