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iQuantum：量子计算环境建模与仿真案例
摘要 — 当今的量子计算机主要通过云访问，未来可能会转移到边缘网络。随着全球量子计算研究的快速发展和普及，对使用基于云的量子计算资源的需求大幅增加。这种需求凸显了为量子计算设计高效且适应性强的资源管理策略和服务模型的必要性。然而，量子资源的数量、质量和可访问性有限，对量子软件和系统的实际研究构成了重大挑战。为了应对这些挑战，我们提出了 iQuantum，这是一种首创的模拟工具包，可以模拟混合量子经典计算环境，用于原型设计和评估系统设计和调度算法。本文介绍了 iQuantum 的量子计算系统模型、架构设计、概念验证实现、潜在用例和未来发展。我们提出的 iQuantum 模拟器有望促进量子软件和系统的研究，特别是在集成边缘和云资源的量子计算环境中创建和评估资源管理、作业调度和混合量子-经典任务编排的策略和算法。索引术语 — 量子计算、量子云建模、模拟、混合量子计算、作业调度
iQuantum：用于量子计算环境建模和模拟的工具包
量子计算资源，而无需在量子硬件上进行大量的前期投资，从而在量子软件和算法方面取得了巨大进步。10主要的云提供商，例如 Microsoft Azure、11AWS 12 和 IBM 13，现在都提供基于云的量子计算服务访问。此外，当未来量子硬件普及时，量子计算资源预计将扩展到边缘网络14,15，预示着量子云-边缘连续体混合范式的出现，16其主要组成部分如图1所示。未来的量子计算范式预计将包含位于不同层（包括云和雾/边缘层）的异构量子和经典计算实体。基于云的资源和基于边缘的资源之间的主要区别包括计算能力、移动性以及与数据源或用户的地理距离。17每一层都包含不同的计算资源和中间组件，例如用于资源管理和编排的网关和代理。如果边缘计算资源不足以执行传入的任务，则可以将这些任务迁移或卸载到具有更强大功能的上层云层。18,19 需要强调的是，这是量子计算未来扩展的愿景，而由于当前量子硬件的数量、质量和成本限制，大多数可用的量子资源只能通过云访问。20