Recent breakthroughs in quantum hardware are creating opportunities for its use in many applications. However, quantum software engineering is still in its infancy with many challenges, especially dealing with the diversity of quantum programming languages and hardware platforms. To alleviate these challenges, we propose QFaaS, a novel Quantum Function-as-a-Service framework, which leverages the advantages of the serverless model and the state-of-the-art software engineering approaches to advance practical quantum computing. Our framework provides essential components of a quantum serverless platform to simplify the software development and adapt to the quantum cloud computing paradigm, such as combining hybrid quantum-classical computation, containerizing functions, and integrating DevOps features. We design QFaaS as a unified quantum computing framework by supporting well-known quantum languages and software development kits (Qiskit, Q#, Cirq, and Braket), executing the quantum tasks on multiple simulators and quantum cloud providers (IBM Quantum and Amazon Braket). This paper proposes architectural design, principal components, the life cycle of hybrid quantum-classical function, operation workflow, and implementation of QFaaS. We present two practical use cases and perform the evaluations on quantum computers and simulators to demonstrate our framework's ability to ease the burden on traditional engineers to expedite the ongoing quantum software transition.


翻译:量子硬件的近期突破正在为它在许多应用中的应用创造机会。然而,量子软件工程仍然处于初级阶段,面临许多挑战,特别是涉及量子编程语言和硬件平台的多样性。为了缓解这些挑战,我们提议QFaAS,一个新型的量子函数服务框架,利用无服务器模型和最先进的软件工程方法的优势,推进实用量子计算。我们的框架提供了一个量子服务器无服务器平台的基本组成部分,以简化软件开发和适应量子云计算模式,例如混合的量子类计算、集装箱化功能和融合DevOps功能。我们设计QFaS,作为统一的量子计算框架,支持著名的量子语言和软件开发工具包(Qiskit, ⁇, Cirq, 和Braket),执行多个模拟器和量子云提供者(IBM 量子库和Amazon Braket)的量子任务。本文提出了建筑设计、主要组成部分、混合量子级计算功能生命周期、操作工作流程以及QFAS的整合。我们设计了一个统一的量子计算框架,通过支持众所周知的软件系统,我们不断向量子计算机过渡的能力。我们使用两个实际的系统,我们使用了对量子计算机进行快速的系统进行。我们向量子计算机的系统进行快速评估。

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《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
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