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 compatible with HPC environments, 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:量子计算机有望在多种任务上实现相对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,因为它能解决当前HPC难以企及的问题。为此,HPC需要量子加速器,通过混合量子-经典节点,使应用能够在经典和量子设备上同时运行。混合量子-HPC应用应具有可扩展性、能在量子纠错设备上执行,并可使用量子-经典原语。然而,现有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,始终未能被HPC领域所采纳。本文明确了与HPC环境兼容的混合量子-经典框架所需满足的要求,并介绍了一种全新的硬件无关框架Q-Pragma。该框架通过添加用于管理量子计算的pragma指令,扩展了HPC中广泛使用的经典编程语言C++。

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