論文の概要: Quantum Integrated High-Performance Computing: Foundations, Architectural Elements and Future Directions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19814v1
- Date: Fri, 17 Apr 2026 04:29:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-23 15:36:10.553438
- Title: Quantum Integrated High-Performance Computing: Foundations, Architectural Elements and Future Directions
- Title（参考訳）: 量子統合高性能コンピューティング - 基礎, 構造要素, 今後の方向性
- Authors: Suman Raj, Siva Sai, Yogesh Simmhan, Kyle Chard, Rajkumar Buyya,
- Abstract要約: 本稿では,CPU,GPU,FPGA,QPUを一級異種資源として統合するビジョンアーキテクチャフレームワークを提案する。
私たちのビジョンの中心的な側面は、統一されたジョブ・サブミッション・インターフェースを通じて異種リソースを公開する強力なユーザ・リクエスト・抽象化です。
スケーラブルで信頼性があり、プログラム可能な量子古典的なインフラを構築する際のオープンな課題を強調して、結論付けます。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.209291403001416
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: High-performance computing (HPC) has evolved over decades through multiple architectural transitions, from vector supercomputers to massively parallel CPU clusters and GPU-accelerated systems, continuously expanding the frontier of scientific discovery. With the emergence of quantum processing units (QPUs) as practical computational accelerators, a new opportunity arises to further extend this trajectory by integrating quantum and classical computing paradigms. This paper presents Quantum Integrated High-Performance Computing (QHPC), a visionary architectural framework that unifies CPUs, GPUs, FPGAs, and QPUs as first-class heterogeneous resources. We propose a layered system design comprising unified resource management, quantum-aware scheduling, hybrid workflow orchestration, middleware and programming abstraction, interconnect technologies, and a tiered execution model enabling seamless workload partitioning across classical and quantum backends. A central aspect of our vision is a strong user requests abstraction layer that exposes heterogeneous resources through a unified job submission interface, similar in spirit to existing schedulers such as Slurm, allowing users to describe workloads in a consistent template independent of underlying compute type or location. Drawing insights from prior accelerator integration eras, we outline how QHPC can support emerging workloads in quantum chemistry, materials discovery, combinatorial optimization, and climate modeling. We conclude by highlighting open challenges in building scalable, reliable, and programmable quantum-classical infrastructures that seamlessly connect global users to heterogeneous compute resources for future quantum-classical HPC ecosystems.
- Abstract（参考訳）: 高性能コンピューティング(HPC)は、ベクトルスーパーコンピュータから大規模並列CPUクラスタやGPUアクセラレーションシステムに至るまで、何十年にもわたって進化し、科学的な発見のフロンティアを継続的に広げてきた。
量子処理ユニット(QPU)が実用的な計算アクセラレーターとして出現すると、量子コンピューティングパラダイムと古典コンピューティングパラダイムを統合することで、この軌道をさらに拡張する新たな機会が生まれる。
本稿では,CPU,GPU,FPGA,QPUを一級ヘテロジニアスリソースとして統合するビジョンアーキテクチャフレームワークであるQuantum Integrated High-Performance Computing (QHPC)を提案する。
本稿では,統合リソース管理,量子認識スケジューリング,ハイブリッドワークフローオーケストレーション,ミドルウェアとプログラミングの抽象化,相互接続技術,古典的および量子的バックエンド間のシームレスなワークロード分割を実現する階層型実行モデルを提案する。
私たちのビジョンの中心的な側面は、Slurmのような既存のスケジューラと同じように、統一されたジョブサブミッションインターフェースを通じて異種リソースを公開する強力なユーザ要求抽象化レイヤです。
QHPCが量子化学、材料発見、組合せ最適化、気候モデリングにおいて、新しいワークロードをどのようにサポートするのかを概説する。
我々は、グローバルユーザと将来の量子古典的HPCエコシステムのための異種コンピューティングリソースをシームレスに接続する、スケーラブルで信頼性があり、プログラム可能な量子古典的インフラストラクチャを構築する際のオープンな課題を強調して、結論付けます。
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