論文の概要: Performance Model for Hybrid Quantum-Classical Workflows

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.15426v1
• Date: Thu, 16 Jul 2026 19:57:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-20 17:56:52.692365
• Title: Performance Model for Hybrid Quantum-Classical Workflows
• Title（参考訳）: ハイブリッド量子古典ワークフローの性能モデル
• Abstract要約: 本稿では,ワークフロー実行を量子計算,古典計算,通信コストに分解するランタイムモデルを提案する。 アプリケーションレベルでは、この分解からの通信-計算比は、ワークフローが通信-バウンドか計算-バウンドかを定量化する。 アプリケーションレベルででさえ、これらの評価はハードウェアの進化とともにどのように変化するかについて議論する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7025240750619566
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hybrid quantum-classical workflows are expected to underpin practical quantum computing applications, yet the quantum and HPC communities lack a shared framework for reasoning about where and when their integration requirements matter most. Such a framework must separate two distinct levels of analysis: the application level, where communication overhead affects runtime performance, and the real-time level, where it determines feasibility. To address this, we introduce a runtime model that decomposes workflow execution into quantum compute, classical compute, and communication costs. At the application level, a communication-to-computation ratio from this decomposition quantifies whether a workflow is communication-bound or compute-bound; at the real-time level, a feasibility constraint determines whether timing requirements can be met at all, with the reaction time setting the logical clock speed of fault-tolerant computation once they are. Application of this model to representative workflows demonstrates that co-location of quantum processors with HPC infrastructure offers negligible performance benefit for compute-intensive applications today, while tight integration remains crucial for real-time tasks such as quantum error correction needed for large scale quantum computations. However, we discuss how even at the application level these assessments may shift with hardware evolution, illustrating how the model can identify specific crossover conditions, and how, under fault tolerance, the reaction time can set application-level performance.
• Abstract（参考訳）: ハイブリッド量子古典ワークフローは、実用的な量子コンピューティングアプリケーションを支えることが期待されているが、量子とHPCのコミュニティは、その統合要件が最も重要である場所と時期を推論するための共有フレームワークを欠いている。 このようなフレームワークは、通信オーバーヘッドが実行時のパフォーマンスに影響を与えるアプリケーションレベルと、実行可能性を決定するリアルタイムレベルという、2つの異なるレベルの分析を分離する必要があります。 そこで本研究では,ワークフローの実行を量子計算,古典計算,通信コストに分解するランタイムモデルを提案する。 アプリケーションレベルでは、この分解からの通信対計算比は、ワークフローが通信バウンドであるか計算バウンドであるかを定量化し、リアルタイムレベルでは、実行可能性制約が、フォールトトレラント計算の論理クロック速度を一度設定して、タイミング要求を満たせるかどうかを判定する。 このモデルを代表的ワークフローに適用することにより、HPCインフラストラクチャによる量子プロセッサのコロケーションは、今日では計算集約的なアプリケーションに無視可能なパフォーマンス上のメリットを提供する一方で、大規模量子計算に必要な量子エラー補正のようなリアルタイムタスクには密な統合が不可欠であることが示される。 しかし、アプリケーションレベルでも、これらの評価がハードウェアの進化とともにどのように変化するのかを議論し、モデルが特定のクロスオーバー条件をいかに特定できるか、そしてフォールトトレランスの下では、リアクション時間がアプリケーションレベルのパフォーマンスを設定できるかを考察する。

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