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大规模并行量子计算软件：QB SDK 的并行策略与应用

随着量子计算硬件的飞速发展，我们正迅速迈向量子实用化的时代，在这个时代，混合量子 - 经典计算机有望在规模、重量和功耗相当的情况下超越传统计算机。为了实现现实世界工作负载所需的可扩展性和性能，一个高效且功能强大的软件框架至关重要，它需要支持灵活且高效的多量子处理单元（QPU）并行化。Quantum Brilliance 公司开发的 QB SDK 正是这样一个框架，它整合了针对不同量子 - 经典交互模式的并行化策略。

1. QB SDK 概述

QB SDK 具备丰富的功能和多样的后端，适用于生产和实验用途。它支持多种高级量子电路模板，如量子近似优化算法（QAOA）和量子机器学习（QML）所需的模板，同时还包含 XACC 的中间件处理模块，可用于量子电路的优化和简化。此外，该 SDK 还实现了与开源 C++ 库 TKET 的互操作性模块，提供了额外的中间表示（IR）转换，如噪声感知电路映射。

QB SDK 的后端种类繁多，涵盖了从完美（无噪声）的量子态模拟，到对量子加速器的详细仿真，再到将编译后的代码发送到实际的 QB 量子芯片的能力。特别值得一提的是，QB 为客户提供了一个仿真器模块，可用于对当前和未来的硬件进行精确建模，以支持算法和应用程序的开发。用户可以通过 SDK 将量子电路提交到设备，SDK 会处理从准备电路执行到将其发送到设备的所有步骤。

2. QB SDK 中的并行性设计

QB SDK 的一个关键设计重点是支持量子加速的高性能计算愿景，即把多个量子计算设备（QPUs）集成到传统的高性能计算（HPC）数据中心中。为了实现这一目标，该 SDK 设想了两种集成模式：