Hybrid High-performance Computing (HPC)-quantum workloads based on circuit cutting decompose large quantum circuits into independent fragments, but existing frameworks tightly couple cutting logic to execution orchestration, preventing HPC centers from applying mature resource management policies to Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) workloads. We present DQR (Dynamic Queue Router), a runtime framework that bridges this gap by treating circuit fragments as first-class schedulable units. The framework introduces a backend-agnostic fragment descriptor to expose structural properties without requiring execution layers to parse quantum code, a wave-based coordinator that achieves pipeline concurrency via non-blocking polling, and a production-ready implementation on the CESGA Qmio supercomputer integrating both QPUs local on-premises (Qmio) and remote cloud (IBM Torino) backends. Experiments on a 32-qubit Hardware-Efficient Ansatz (HEA) circuit demonstrate not only makespan improvements over a monolithic CPU baseline but also transparent per-fragment failover recovery-specifically rerouting tasks from the local QPU to classical simulators upon encountering hardware-level incompatibilities-without pipeline restart. For deeper circuits, the coordination residual accounts for only 5% of the total execution time, highlighting the framework's scalability. These results show that DQR enables HPC centers to integrate NISQ workloads into existing production infrastructure while preserving the flexibility to adopt improved cutting algorithms or heterogeneous backend technologies.


翻译:面向混合高性能计算-量子工作负载的电路切分技术,将大规模量子电路分解为独立片段,但现有框架将切分逻辑与执行编排紧密耦合,阻碍了HPC中心将成熟资源管理策略应用于含噪中等规模量子(NISQ)工作负载。本文提出DQR(动态队列路由器)运行时框架,通过将电路片段视为一级可调度单元来弥合这一鸿沟。该框架引入后端无关的片段描述符,无需执行层解析量子代码即可暴露结构属性;提出基于波的协调器,通过非阻塞轮询实现流水线并发;并在集成本地QPU(Qmio)与远程云端(IBM Torino)后端的CESGA Qmio超算上实现生产级部署。在32量子比特硬件高效拟设(HEA)电路上的实验表明,该方案不仅较单核CPU基线缩短完工时间,还能实现透明的逐片段故障切换恢复——当检测到硬件级不兼容时,自动将任务从本地QPU重路由至经典模拟器,且无需重启流水线。对于更深层电路,协调开销仅占总执行时间的5%,彰显了框架的可扩展性。这些结果表明,DQR使HPC中心能够将NISQ工作负载集成到现有生产基础设施中,同时保留采用改进切分算法或异构后端技术的灵活性。

0
下载
关闭预览

相关内容

多智能体系统带宽分配及预测云控制
专知会员服务
18+阅读 · 2023年7月9日
《量子算法及应用》美空军AFRL32页技术报告
专知会员服务
40+阅读 · 2023年1月3日
【2022新书】给工程师的量子机器学习简介,204页pdf
专知会员服务
55+阅读 · 2022年5月22日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
【泡泡图灵智库】HSfM: 混合运动恢复结构(CVPR)
泡泡机器人SLAM
11+阅读 · 2018年12月13日
变分自编码器VAE:一步到位的聚类方案
PaperWeekly
25+阅读 · 2018年9月18日
再谈变分自编码器VAE:从贝叶斯观点出发
PaperWeekly
13+阅读 · 2018年4月2日
论文笔记:多任务相关粒子滤波跟踪器
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2017年7月7日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
2+阅读 · 6月21日
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
11+阅读 · 6月17日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员