量子计算系统与高性能计算系统的接口:概述
高性能计算(HPC)与量子计算(QC)的互联及最终融合代表了计算技术的革命性进步,有望显著提升解决复杂且以往难以处理问题的能力。本综述全面阐述了当前HPC-QC接口技术的发展现状,详细剖析了架构方法论、软件栈演进、中间件功能及硬件集成策略。研究团队系统评估了现有硬件层集成模式,涵盖独立式/松散耦合架构、紧密集成式架构及节点内系统等类型;同时解析了以Qiskit、PennyLane、CUDA-Q为代表的软件框架体系,以及实现无缝混合计算环境的关键中间件方案(如Pilot-Quantum)。该工作进一步探讨了混合HPC-QC系统在优化问题、机器学习及多体动力学等领域的应用优势,并指出当前面临的硬件限制(相干性、可扩展性、互联性)、软件成熟度、通信开销、资源管理复杂性及成本因素等挑战。最后,研究人员展望了硬件软件深度协同集成的未来发展方向,强调持续性的研究突破与新兴技术趋势将共同拓展混合HPC-QC系统的性能边界与应用普及度。
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