論文の概要: Three ways to share a QPU: Scheduling strategies for hybrid Quantum-HPC applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.14955v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 12:52:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.898444
• Title: Three ways to share a QPU: Scheduling strategies for hybrid Quantum-HPC applications
• Title（参考訳）: QPUを共有する3つの方法:ハイブリッド量子HPCアプリケーションのためのスケジューリング戦略
• Authors: Marco Cipollini, Simone Rizzo, Sergio Iserte, Paolo Viviani, Giacomo Vitali, Matteo Barbieri, Gabriella Bettonte, Elisabetta Boella, Fulvio Ganz, Roberto Rocco, Orazio Spina, Antonio J. Peña, Petter Sandås, Iacopo Colonnelli, Alberto Scionti, Chiara Vercellino, Emanuele Dri, Jonathan Frassineti, Sara Marzella, Andrea Muratori, Daniele Ottaviani, Olivier Terzo, Bartolomeo Montrucchio, Daniele Gregori,
• Abstract要約: HPC-QC資源スケジューリングのための3つの異なる手法について検討する。 時間ベースの多重化、動的リソース管理、ワークフローの分解は、ハイブリッドジョブに最も効果的であることを示す。 これらの知見は,ハイブリッドHPC-QC環境における調整型スケジューリング戦略の実用性を明らかにするものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9023764564490087
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum computing (QC) technologies mature, their integration into established high-performance computing (HPC) infrastructures is becoming a central objective for next-generation computing systems. However, unlocking the potential of hybrid platforms for computationally demanding workloads remains challenging. The mismatch between quantum and classical programming models, the limited maturity of quantum software stacks, and the scarcity of quantum processing units (QPUs) above all, necessitate scheduling strategies that go beyond standard HPC mechanisms to manage such heterogeneous and constrained resources. To address this issue, we investigate three distinct methodologies for HPC-QC resource scheduling: time-based multiplexing, dynamic resource management, and workflow decomposition. Experimental validation on production HPC clusters and real quantum hardware demonstrates the effectiveness of these approaches under different workload scenarios. Malleability and workflow strategies significantly optimize classical resource utilization, reducing consumption by up to 45.7% and 64% respectively, proving to be best fitted for hybrid jobs where quantum and classical workloads are evenly balanced. Conversely, time-multiplexing enhances QPU utilization and reduces execution time at the cluster level, making it the optimal strategy for the opposite context, which is characterized by high classical-quantum workload imbalances. These findings underscore the practical viability of tailored scheduling strategies for hybrid HPC-QC environments and highlight their complementarity in building efficient, scalable software stacks for next-generation quantum-accelerated facilities.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング(QC)技術が成熟するにつれて、確立された高性能コンピューティング(HPC)インフラへの統合が次世代コンピューティングシステムの中心的目標になりつつある。 しかし、計算的に要求されるワークロードのためのハイブリッドプラットフォームの可能性を解き放つことは、依然として困難である。 量子プログラミングモデルと古典的プログラミングモデルとのミスマッチ、量子ソフトウェアスタックの限られた成熟度、そしてそれ以上に量子処理ユニット(QPU)の不足は、そのような異種および制約されたリソースを管理するために標準的なHPCメカニズムを超えるスケジューリング戦略を必要とする。 本稿では,時間ベースの多重化,動的リソース管理,ワークフローの分解という,HPC-QCリソーススケジューリングの3つの異なる手法について検討する。 実運用HPCクラスタと実量子ハードウェアに関する実験的検証は、異なるワークロードシナリオ下でこれらのアプローチの有効性を実証する。 適合性とワークフロー戦略は、古典的なリソース利用を著しく最適化し、それぞれ45.7%と64%の消費を削減し、量子的ワークロードと古典的ワークロードが均等にバランスの取れたハイブリッドジョブに最適であることが証明された。 逆に、時間多重化はQPUの利用を促進し、クラスタレベルでの実行時間を短縮し、古典的な負荷の不均衡を特徴とする逆のコンテキストに対する最適な戦略となる。 これらの知見は、ハイブリッドHPC-QC環境のための調整済みスケジューリング戦略の実用可能性を強調し、次世代量子加速設備のための効率的でスケーラブルなソフトウェアスタック構築における相補性を強調した。

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