共享量子处理器的三种方式:混合量子-HPC应用的调度策略

随着量子计算(QC)技术的成熟,将其整合到现有高性能计算(HPC)基础设施中已成为下一代计算系统的核心目标。然而,释放混合平台在计算密集型工作负载中的潜力仍面临挑战。量子与经典编程模型的不匹配、量子软件栈的有限成熟度,尤其是稀缺的高性能量子处理单元(QPUs),都要求采用超越标准HPC机制的调度策略来管理这类异构且受限的资源。为解决这一问题,该研究团队探索了三种不同的HPC-QC资源调度方法:基于时间的复用、动态资源管理和工作流分解。在生产级HPC集群和真实量子硬件上的实验验证表明,这些方法在不同工作负载场景下均具有有效性。可扩展性和工作流策略显著优化了经典资源利用率,最高分别降低45.7%和64%的消耗,尤其适用于量子与经典工作负载均衡的混合任务。相比之下,时间复用能提升QPU利用率并减少集群层面的执行时间,成为经典-量子工作负载高度不平衡场景下的最优策略。这些发现证实了定制化调度策略在混合HPC-QC环境中的实践可行性,并凸显了它们在构建高效、可扩展的量子加速设施软件栈方面的互补性。

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提交arXiv: 2026-04-16 12:52

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