Quantum computers promise exponential speed ups over classical computers for various tasks. This emerging technology is expected to have its first huge impact in High Performance Computing (HPC), as it can solve problems beyond the reach of HPC. To that end, HPC will require quantum accelerators, which will enable applications to run on both classical and quantum devices, via hybrid quantum-classical nodes. Hybrid quantum-HPC applications should be scalable, executable on Quantum Error Corrected (QEC) devices, and could use quantum-classical primitives. However, the lack of scalability, poor performances, and inability to insert classical schemes within quantum applications has prevented current quantum frameworks from being adopted by the HPC community. This paper specifies the requirements of a hybrid quantum-classical framework for HPC, and introduces a novel hardware-agnostic framework called Q-Pragma. This framework extends the classical programming language C++ heavily used in HPC via the addition of pragma directives to manage quantum computations.


翻译:量子计算机预期能在多种任务上实现相较于经典计算机的指数级加速。这项新兴技术预计将首先在高性能计算领域产生巨大影响,因为它能解决超出现有高性能计算能力的问题。为此,高性能计算需要量子加速器,通过混合量子-经典节点使应用程序能够在经典和量子设备上同时运行。混合量子-高性能计算应用程序应具备可扩展性,可在量子纠错设备上执行,并能使用量子-经典原语。然而,当前量子框架因缺乏可扩展性、性能低下以及无法在量子应用中嵌入经典方案,尚未被高性能计算社区广泛采用。本文明确了面向高性能计算的混合量子-经典框架需求,并提出了一种名为Q-Pragma的新型硬件无关框架。该框架通过添加用于管理量子计算的编译指示指令,对高性能计算领域广泛使用的经典编程语言C++进行了扩展。

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