Hybrid Quantum and Classical Workload Management with Graph-based Scheduling
Cet article présente Fluence, un plugin de scheduler Kubernetes qui exploite l'ordonnancement de groupe basé sur les graphes pour résoudre les défis uniques d'orchestration à deux files d'attente des charges de travail hybrides quantiques-classiques, réduisant considérablement le temps d'inactivité des travailleurs, éliminant le gaspillage des ressources des nœuds et réduisant les coûts en permettant une sélection intelligente des dispositifs sensible aux files d'attente.
Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète
Imaginez que vous dirigez une cuisine technologique massive où des chefs (ordinateurs classiques) préparent des plats complexes. Habituellement, ils n'ont besoin que d'ingrédients provenant du garde-manger. Mais maintenant, vous avez ajouté un four magique et distant (un ordinateur quantique) qui vit dans une autre ville. Ce four est incroyable, mais il y a un piège : vous ne pouvez pas simplement entrer et l'utiliser. Vous devez envoyer une requête à une ligne de personnes mystérieuses qui attendent de l'utiliser.
Cela crée un « problème de double file d'attente ». Vous avez la file de votre cuisine, et la file du four distant. Le problème ? Vos chefs ne savent pas quelle est la longueur de la file du four. Ils pourraient commencer à couper les légumes et à préparer les casseroles (utilisant ainsi l'espace et le temps de votre cuisine) tout en attendant que le four soit libre. Si le four est occupé pendant une heure, vos chefs ne font que couper de l'air, gaspillant de l'énergie et de l'espace.
Les auteurs de cet article, Vanessa Sochat et Daniel Milroy, ont construit un nouveau gestionnaire de cuisine appelé Fluence. Considérez Fluence comme un chef de cuisine super intelligent qui refuse de laisser l'équipe de préparation commencer à travailler tant que le four distant n'est pas réellement prêt.
Le tour de magie : « Tout ou rien »
Avec l'ancienne méthode (en utilisant un ordonnanceur par défaut), si vous demandiez à une équipe de chefs de travailler ensemble, la cuisine pourrait laisser la moitié de l'équipe commencer à cuisiner pendant que l'autre moitié attend. C'est comme envoyer un livreur de pizza à la porte avant même que la pizza ne soit cuite. Cela gaspille du temps et de l'espace.
Fluence utilise une stratégie appelée « gang scheduling » (ordonnancement de groupe). Il traite toute l'équipe comme une seule unité. Il dit : « Personne ne commence à couper, personne ne commence à préparer, jusqu'à ce que le four distant soit 100 % prêt et que toute l'équipe puisse travailler exactement au même moment. »
Dans leurs tests, lorsqu'ils ont essayé de faire travailler des groupes de 4 chefs, l'ancien gestionnaire a laissé l'équipe commencer partiellement, ce qui a provoqué une attente d'environ 133 nœuds-secondes (une mesure du temps gaspillé) pendant que la file du four avançait. Fluence a maintenu ce temps perdu presque à zéro. C'est la différence entre un embouteillage où les voitures avancent par petits bonds et un feu rouge qui reste rouge jusqu'à ce que toute l'intersection soit dégagée, puis laisse tout le monde passer d'un coup.
La synchronisation de la « double file »
Le plus gros casse-tête est que la file du four distant est imprévisible. Parfois, elle est vide ; parfois, elle dure des heures.
- L'ancienne méthode : Les chefs commencent à travailler immédiatement. Si la file du four est longue, ils restent inactifs pendant des heures.
- La méthode Fluence : Un chef (le « producteur ») va vérifier l'état de la file du four distant. Le reste des chefs (les « consommateurs ») est informé de « rester en coulisses » (un état appelé être gated ou « cadencé »). Ils n'utilisent ni l'espace de la cuisine ni l'électricité jusqu'à ce que le producteur dise : « Le four est libre ! »
Dans leurs expériences, cette astuce simple a permis d'économiser un temps massif. Lorsque la file du four était courte, Fluence a réduit le temps d'inactivité des chefs d'environ 5 fois. Mais lorsqu'ils ont testé cela sur un véritable dispositif quantique où la file s'étirait pendant des heures, Fluence a économisé du temps par ordres de grandeur. Dans un test spécifique avec un groupe de 8 chefs, l'ancienne méthode les a fait attendre 223 secondes sur un simulateur, tandis que Fluence les a mis au travail en seulement 32 secondes. Dans un autre cas avec une file de 2,66 heures, l'ancienne méthode a gaspillé 19 160 nœuds-secondes de temps, tandis que les travailleurs de Fluence n'ont commencé qu'à la toute dernière seconde, évitant ainsi ce gaspillage.
Choisir le meilleur four
Fluence vous aide également à choisir quel four distant utiliser. Il existe différents fours (simulateurs et dispositifs quantiques réels) avec des prix et des temps d'attente différents.
- Choix aléatoire : Si vous choisissez un four au hasard, vous pourriez choisir un four extrêmement cher ou un four avec une longue file d'attente.
- Le choix de Fluence : Fluence peut regarder le menu et dire : « Choisissons le moins cher » ou « Choisissons celui qui a la file la plus courte. »
Dans leurs tests, lorsque Fluence a été chargé de choisir l'option la moins chère, il a réduit le coût moyen par exécution d'environ 70 fois par rapport à un choix aléatoire. Il a également aidé à terminer le travail plus rapidement en choisissant les fours ayant les files les plus courtes.
Ce que Fluence N'EST PAS
Les auteurs sont très clairs sur ce que Fluence ne fait pas.
- Il ne rend pas magiquement le four distant plus rapide. Il gère simplement mieux le temps d'attente.
- Il ne nécessite pas de stocker des mots de passe secrets dans le bureau principal du gestionnaire de cuisine (ce qui est un risque de sécurité). Au lieu de cela, il laisse l'utilisateur gérer les identifiants localement.
- Il ne fonctionne pas pour tous les types de tâches quantiques. Par exemple, si vous voulez envoyer 8 chefs différents à 8 fours différents en même temps, Fluence n'a pas besoin de les coordonner car ils ne dépendent pas les uns des autres. Fluence est spécifiquement conçu pour les cas où une équipe de chefs doit travailler ensemble sur une seule tâche qui dépend d'un seul four distant.
L'essentiel
L'article démontre qu'en ajoutant cette logique de « attendre d'être prêt » au gestionnaire de cuisine, vous pouvez arrêter de gaspiller l'espace de cuisine coûteux en attendant un four distant. Ils ont prouvé cela en utilisant des simulations et des tests réels avec AWS Braket et d'autres fournisseurs quantiques.
Ils ont constaté que sans cette coordination intelligente, on finit par perdre beaucoup de temps et d'argent. Avec Fluence, les chefs restent frais, la cuisine reste efficace, et l'équipe ne commence à cuisiner que lorsque tout le repas peut être servi en même temps. C'est une façon de rendre le futur de l'informatique quantique fluide avec les ordinateurs que nous possédons déjà, sans avoir à modifier les recettes utilisées par les chefs.
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