論文の概要: HPC-vQPU: A Service-Export Architecture for Virtual QPUs on Batch-Scheduled HPC Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.28845v1
• Date: Wed, 13 May 2026 22:31:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-01 02:55:43.035598
• Title: HPC-vQPU: A Service-Export Architecture for Virtual QPUs on Batch-Scheduled HPC Systems
• Title（参考訳）: HPC-vQPU: Batch-Scheduled HPCシステム上での仮想QPUのためのサービスエクスポートアーキテクチャ
• Authors: Shusen Liu, Pascal Jahan Elahi, Ugo Varetto,
• Abstract要約: HPC-vQPUは、バッチスケジューリングされたHPCシステム上の仮想QPUのためのサービスエクスポートアーキテクチャである。 運用実験では、サービスのオーバーヘッドが制限され、付加的なものであることが示されていますが、ワークロードのスケーリングはシミュレータに限られています。 その結果、セキュアでスケジューラを介するHPCインフラは、対話型仮想QPUサービスとしてデバイスに忠実な量子シミュレーションをエクスポートできることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6597465729143812
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Device-aware quantum simulation increasingly requires HPC-scale accelerators, yet secure supercomputers expose batch-scheduled execution environments rather than the interactive, backend-oriented interfaces expected by quantum software. The key obstacle is not only remote job submission: an HPC-hosted virtual QPU must preserve topology, native-gate, and calibration semantics across queue delay, scheduler allocation, compute-node isolation, and partial execution-side failures, without opening inbound paths into the cluster. We present HPC-vQPU, a service-export architecture for virtual QPUs on batch-scheduled HPC systems. HPC-vQPU separates a cloud-facing control plane, which owns device identity, task lifecycle, snapshot binding, and event projection, from an HPC-resident execution plane, which claims work and realises it through scheduler-backed GPU jobs. Coordination is exclusively outbound and agent initiated. The central abstraction is a topology- and calibration-aware device snapshot bound atomically at claim time and carried into execution as an immutable contract, making each scheduled job hermetic while preserving fresh device semantics. We implement HPC-vQPU at the Pawsey Supercomputing Research Centre using Setonix GPUs, Qiskit-Aer/cuQuantum, and IBM Fez calibration data. Production experiments show that service overhead is bounded and additive, while workload scaling remains confined to the simulator; calibration-bearing snapshots produce measurable output shifts; claim-time binding prevents stale execution after pre-claim device mutation; concurrent agents complete 50/50 tasks exactly once; and explicit recovery restores stale running tasks after agent failure. These results show that secure, scheduler-mediated HPC infrastructure can export device-faithful quantum simulation as an interactive virtual-QPU service.
• Abstract（参考訳）: デバイス対応の量子シミュレーションはますますHPCスケールのアクセラレータを必要とするが、セキュアなスーパーコンピュータは、量子ソフトウェアが期待するインタラクティブでバックエンド指向のインターフェースではなく、バッチスケジューリングされた実行環境を公開する。 HPCがホストする仮想QPUは、トポロジ、ネイティブゲート、キャリブレーションセマンティクスを、クラスタへのインバウンドパスを開かずに、キュー遅延、スケジューラのアロケーション、計算ノードのアイソレーション、部分的な実行側の障害にわたって保持しなければならない。 本稿では,バッチスケジューリングされたHPCシステム上での仮想QPUのためのサービスエクスポートアーキテクチャであるHPC-vQPUを提案する。 HPC-vQPUは、デバイスアイデンティティ、タスクライフサイクル、スナップショットバインディング、イベントプロジェクションを所有するクラウド対応のコントロールプレーンを、HPC常駐実行プレーンから分離する。 調整は完全にアウトバウンドされ、エージェントが起動される。 中心的な抽象化は、トポロジとキャリブレーションを意識したデバイススナップショットで、クレーム時に原子的にバインドされ、不変のコントラクトとして実行される。 我々は,Setonix GPU,Qiskit-Aer/cuQuantum,IBM Fezキャリブレーションデータを用いて,Pawsey Supercomputing Research CentreでHPC-vQPUを実装した。 プロダクション実験では、サービスのオーバーヘッドはバウンダリされ、追加的なもので、ワークロードのスケーリングはシミュレータに限られており、キャリブレーション付きスナップショットは測定可能な出力シフトを生成し、クレーム時バインディングは事前に設定されたデバイス変更後の古い実行を防ぎ、並行エージェントは50/50タスクを正確に完了し、明示的なリカバリはエージェント障害後の古い実行タスクを復元する。 これらの結果は、スケジューラを介するセキュアなHPCインフラが、対話型仮想QPUサービスとしてデバイスに忠実な量子シミュレーションをエクスポート可能であることを示している。

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