Quantum computing (QC) introduces a novel mode of computation with the possibility of greater computational power that remains to be exploited - 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:量子计算引入了一种新型计算模式,具有尚未充分利用的更大计算潜力,为高性能计算应用带来了令人振奋的机遇。然而,该领域的最新进展已明确表明,量子计算并不会取代传统HPC,而是可以作为额外加速器集成到现有异构HPC基础设施中,从而实现两种范式的优化利用。这种集成需求显著影响着量子计算机软件的开发,进而决定了所需软件基础设施的形态。迄今为止,已有综述论文研究了各类量子编程工具(如语言、库、框架)在量子电路编程、编译和执行方面的能力,但尚未涉及与传统HPC框架或系统的集成工作。本研究旨在从HPC视角刻画现有QPTs的特征,探究现有QPTs能否与经典计算模型高效集成,并确定仍需努力的方向。本文构建了一套分析蓝图式的标准体系,使HPC科学家能够评估当前QPTs是否适用于手头需要量子加速的经典应用。

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