IBM·Pasqal 등 7개 기관 컨소시엄, QPU-HPC 통합 미들웨어 QRMI를 6종 워크로드 관리자로 확장

QRMI의 역할: QPU를 HPC 자원으로 편입

기존 HPC 환경은 CPU와 GPU를 스케줄러가 동등한 자원으로 다뤄왔다. 그러나 양자처리장치(QPU)는 벤더마다 API가 다르고, 캘리브레이션 주기에 따라 가용성이 동적으로 변하며, 큐 지연이 수반된다는 점에서 기존 자원 관리 체계에 그대로 편입하기 어렵다. QRMI는 응용 프로그램 로직과 배치 스케줄러를 QPU 하드웨어 API로부터 분리하는 벤더 중립 미들웨어 계층으로 이 문제를 해결한다. IBM의 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 참조 아키텍처를 기반으로 설계되었으며, QPU를 CPU·GPU와 나란히 스케줄링 가능한 일급 자원으로 노출시킨다.

지원 워크로드 관리자 6종

이번 확장으로 QRMI가 지원하는 스케줄러는 Slurm, PBS Professional, IBM Spectrum LSF, Open Cluster Scheduler(Grid Engine), Kubernetes, Flux Framework로 총 6종이다. 각 스케줄러는 고유한 통합 방식을 따른다. Slurm은 SPANK 플러그인과 Generic Resources 메커니즘을 활용하고, Kubernetes는 커스텀 CRD(QuantumResource, QuantumResourceClaim)를 통해 QPU 예약이 확정될 때까지 작업을 보류한다. Flux Framework는 그래프 기반 스케줄러에 QPU를 네이티브 노드로 모델링하고 Fluence 사이드카로 큐 깊이를 모니터링한다.

표준화된 3단계 작업 생명주기

워크로드 관리자 종류와 무관하게 QPU 작업은 Acquire → Execute → Release의 3단계 생명주기를 거친다. 작업 초기화 단계에서 QRMI는 인증을 처리하고 해당 QPU에 대한 액세스 토큰을 예약하며, 실행 단계에서는 QPU 엔드포인트 메타데이터와 세션 토큰을 실행 호스트에 제공한다. 작업이 완료되거나 실패하면 QRMI가 하드웨어 예약을 공급자에게 반환해 세션이 고아 상태로 남거나 큐를 유휴 점유하는 문제를 방지한다.

실제 운용 사례: 4개 사이트

현재 QRMI는 복수의 주요 슈퍼컴퓨팅 환경에 실제 배포되어 있다. 이탈리아 CINECA는 EuroHPC 최상위 클래스인 Leonardo 슈퍼컴퓨터에 Pasqal의 Sol 중성원자 QPU를 Slurm SPANK 플러그인으로 연결했다. 미국에서는 렌슬리어 폴리테크닉 연구소(RPI)가 캠퍼스 내 IBM Quantum System One을 AiMOS 슈퍼컴퓨터와 통합했다. 스페인 BasQ는 도노스티아-산세바스티안에 설치된 IBM Quantum System Two를 HPC와 연계하고 있으며, 영국의 STFC Hartree Centre와 국가양자컴퓨팅센터(NQCC)는 QPU 오케스트레이션 평가를 위한 테스트베드로 QRMI를 운용 중이다.

openQSE와 표준화 방향의 의미 및 한계

이 오픈소스 코드와 사양은 openQSE(open Quantum-HPC Software Ecosystem) 프로젝트 산하 커뮤니티 표준화 작업으로 이어지며, QPU 런타임·컴파일러·배치 스케줄러 간 벤더 중립 인터페이스 확립을 목표로 한다. 다만 현재 배포 사례는 IBM Quantum과 Pasqal 기기에 집중되어 있어 이온트랩, 광학, 다이아몬드 NV 센터 등 다른 QPU 플랫폼에서의 실증은 아직 제한적이다. 또한 QPU 캘리브레이션 주기에 따른 실시간 가용성 변동을 스케줄러가 얼마나 효율적으로 처리할 수 있는지는 규모 확장 시 추가 검증이 필요한 과제로 남는다.