Qubernetes: Towards a Unified Cloud-Native Execution Platform for Hybrid Classic-Quantum Computing

本文讨论了量子计算的出现所提出的一种革命性范式，该范式可以彻底改变许多科学和工业应用领域。量子计算机能够将计算规模扩展到当前计算机无法实现的范围，这意味着对某些算法任务的性能和效率有所提高。 然而，要从这种改进中受益，就必须将量子计算机与现有的软件系统集成起来，这是一个不简单的过程。本文提出了一个统一的执行模型，以解决在大规模构建混合经典-量子应用程序时出现的挑战。 本文采用设计科学研究方法，提出了一种将量子资源和工件映射到Kubernetes概念的约定。然后，在一个实验性的Kubernetes集群中，我们进行了在量子模拟器和硬件上调度和执行量子任务的实验。 实验结果表明，所提出的平台Qubernetes（或量子Kubernetes）遵循既定的云原生原则，公开了量子计算任务和硬件能力，可以无缝地集成到更大的Kubernetes生态系统中。 量子计算的潜力无法实现，如果不能与经典计算无缝集成。通过验证在Kubernetes基础设施中执行量子任务是可行的，我们为利用现有的Kubernetes生态系统作为混合经典-量子计算的实现者铺平了道路。

本论文旨在解决将量子计算与现有软件系统集成的挑战，提出了一个统一的执行模型。

提出了一种将量子资源和工件映射到Kubernetes概念的约定，并在实验Kubernetes集群中进行了实验，展示了所提出的平台Qubernetes可以按照云原生原则暴露量子计算任务和硬件能力，实现与Kubernetes生态系统的无缝集成。

实验结果表明，Qubernetes平台可以在Kubernetes基础设施中执行量子任务，为混合经典-量子计算铺平了道路。

近期的相关研究包括《Quantum Computing in the NISQ era and beyond》、《Quantum computing with defects》等。