Als neue Technologie bietet Quantencomputing einzigartige Vorteile für die Lösung rechenintensiver Probleme, die Integration in bestehende Supercomputersysteme bleibt jedoch eine Herausforderung. Die Technische Universität München (TUM) und das Leibniz-Zentrum für Supercomputing (LRZ) haben kürzlich gemeinsam ein Hybridtool namens sys-sage entwickelt, das Quantencomputing nahtlos mit Computern verbindet. Dieser Durchbruch führt einen neuen Beschleunigertyp in das Hochleistungsrechnen (HPC) ein und verbessert die Rechenleistung komplexer Aufgaben deutlich.

Quantencomputer übertreffen durch die Implementierung und Verschränkung von Qubits klassische Systeme bei bestimmten Aufgaben. Ihre Architektur und Schnittstellen unterscheiden sich jedoch von denen traditioneller HPC-Systeme, was zu einer stärkeren Integration führt. „Mit dem Tool sys-sage haben wir einige dieser technischen Herausforderungen adressiert“, sagte Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und Matrixsysteme an der Technischen Universität München und Mitglied des LRZ-Vorstands. Ursprünglich als zentrale Schnittstelle für Supercomputer konzipiert, sammelt und organisiert das Tool dynamisch Informationen zu Systemarchitektur und -topologie und bietet so eine einheitliche Datenunterstützung für Anwendungen. Im Rahmen dieser Forschung wurde die Funktionalität der sys-sage-Bibliothek erweitert, um die Systemtopologien von Quantencomputern und Hochleistungsrechnern gleichzeitig darzustellen. Dadurch entsteht eine hybride Architektur, die das Beste aus beiden Systemen über eine einheitliche Schnittstelle vereint.

Konkret bietet die sys-sage-Bibliothek eine Systemkarte, die die Software dabei unterstützt, basierend auf den Aufgabeneigenschaften effizient die optimalsten Rechenressourcen auszuwählen. So kann sie beispielsweise automatisch feststellen, ob sich eine Aufgabe besser für die Ausführung auf einem Quantensystem oder einem klassischen System eignet, oder das Problem dem besten Knoten in der entsprechenden Topologie zuordnen und so die Gesamtleistung optimieren. Martin Schulz ergänzt: „Als Kernkomponente des Central Quantum Valley Project und des Central Quantum Software Stack (MQSS) hat sys-sage die technische Grundlage für den Einsatz von Quantencomputern in Supercomputing-Zentren gelegt.“

Weitere Informationen: D. Mishra et al., „A Unified Architectural Representation for HPCQC: Scaling Sys-Sage for Quantum Technologies“, in Proceedings of the ISC High Performance 2025 Research (40. Internationale Konferenz), Hamburg, Deutschland.