Quantencomputer als aufstrebende Technologie haben einzigartige Vorteile bei der Lösung bestimmter rechenintensiver Probleme gezeigt, ihre Integration in bestehende Supercomputersysteme bleibt jedoch eine Herausforderung. Kürzlich haben die Technische Universität München (TUM) und das Leibniz-Zentrum für Höchstleistungsrechnen (LRZ) erfolgreich ein Hybridtool namens Sys-Sage entwickelt, das die nahtlose Interaktion zwischen Quantencomputern und Supercomputern ermöglicht. Dieser Durchbruch führt einen neuen Beschleunigertyp in das Hochleistungsrechnen (HPC) ein und verbessert die Recheneffizienz komplexer Aufgaben deutlich.

Quantencomputer erreichen Superposition und Verschränkung durch Qubits und übertreffen damit klassische Systeme bei bestimmten Aufgaben. Ihre Architektur und Schnittstellen unterscheiden sich jedoch von denen traditioneller HPC-Systeme, was die Integration erschwert. „Mit dem Tool sys-sage haben wir einige dieser technischen Herausforderungen gelöst“, sagte Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und Parallele Systeme 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 sys-sage-Bibliothek erweitert, um die Systemtopologien von Quantencomputern und Hochleistungsrechnern gleichzeitig darzustellen. Dadurch entsteht eine hybride Architektur, die die Zusammenarbeit beider Systeme über eine einheitliche Schnittstelle ermöglicht.

Konkret unterstützt die sys-sage-Bibliothek Softwarekomponenten bei der Auswahl optimaler Rechenressourcen basierend auf Aufgabenmerkmalen, indem sie eine Systemkarte bereitstellt. So kann sie beispielsweise automatisch ermitteln, ob eine Aufgabe besser für die Ausführung auf einem Quantensystem oder einem klassischen System geeignet ist, oder das Problem dem besten Knoten in der entsprechenden Topologie zuordnen und so die Gesamtleistung optimieren. Martin Schulz ergänzt: „Als Kernkomponente des Munich Quantum Valley-Projekts und des Munich Quantum Software Stack (MQSS) hat sys-sage die technische Grundlage für den effizienten Einsatz von Quantencomputern in Supercomputing-Zentren gelegt.“