Quantum computing (QC) introduces a novel mode of computation with the possibility of greater computational power that remains to be exploited $\unicode{x2013}$ presenting exciting opportunities for high performance computing (HPC) applications. However, recent advancements in the field have made clear that QC does not supplant conventional HPC, but can rather be incorporated into current heterogeneous HPC infrastructures as an additional accelerator, thereby enabling the optimal utilization of both paradigms. The desire for such integration significantly affects the development of software for quantum computers, which in turn influences the necessary software infrastructure. To date, previous review papers have investigated various quantum programming tools (QPTs) (such as languages, libraries, frameworks) in their ability to program, compile, and execute quantum circuits. However, the integration effort with classical HPC frameworks or systems has not been addressed. This study aims to characterize existing QPTs from an HPC perspective, investigating if existing QPTs have the potential to be efficiently integrated with classical computing models and determining where work is still required. This work structures a set of criteria into an analysis blueprint that enables HPC scientists to assess whether a QPT is suitable for the quantum-accelerated classical application at hand.


翻译:量子计算(QC)引入了一种新型计算模式,具有尚未被充分挖掘的更强计算能力潜力,为高性能计算(HPC)应用带来了激动人心的机遇。然而,该领域的最新进展已明确表明,量子计算并非取代传统HPC,而是可作为附加加速器集成至现有异构HPC基础设施中,从而实现对两种范式的优化利用。这种集成需求深刻影响着量子计算机软件的开发,并进而决定了必要的软件基础设施。迄今为止,已有综述论文探讨了各类量子编程工具(QPT,如语言、库、框架)对量子电路进行编程、编译和执行的能力,但尚未涉及与经典HPC框架或系统的集成工作。本研究旨在从HPC视角出发,对现有QPT进行特征化分析,探究其是否具备高效集成经典计算模型的潜力,并明确仍需攻关的方向。本文构建了一套结构化分析准则,形成分析蓝图,助力HPC科学家评估特定QPT是否适用于当前所需的量子加速经典应用场景。

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