Team der TUM stellt gemeinsames Tool für Quanten- und Supercomputer vor

Quantencomputer sollen als ergänzend innerhalb der Landschaft der Hochleistungsrechner (HPC) funktionieren, indem sie bestimmte Probleme mit enormem Rechenaufwand lösen. Sie können Supercomputer allerdings nicht ersetzen, weil sie nicht universell einsetzbar sind.

Quantencomputer arbeiten mit Qubits, die im Gegensatz zu klassischen Bits durch Superposition gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren können. Qubits können darüber hinaus verschränkt werden. Dadurch werden neue Rechenmodelle ermöglicht, die klassische Systeme bei bestimmten Aufgaben übertreffen.

Quantencomputer und klassische Hochleistungscomputer haben unterschiedliche Architekturen, Schnittstellen und Steuerungsmechanismen. Aus diesem Grund ist die Integration von Quantensystemen in HPC-Umgebungen komplex.

Forschende an der Technischen Universität München haben sich mit diesem Problem auseinandergesetzt unter der Leitung von Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und parallele Systeme an der TUM und Mitglied des LRZ-Direktoriums. In einer Medienmitteilung gibt die Universität am Dienstag bekannt, dass das Team eine Lösung gefunden hat: Das hybride Tool namens sys-sage.

Erweiterung der sys-sage-Bibliothek

Um die Herausforderung anzugehen, hat das Team die sys-sage-Bibliothek erweitert. Die sys-sage-Bibliothek diente ursprünglich als eine zentrale Schnittstelle für Supercomputer. Sie sammelt und organisiert dynamische und statische Informationen über die Architektur und Topologie eines Computersystems und stellt diese Informationen für Anwendungen oder andere Systemkomponenten zur Verfügung.

Das hybride Tool sys-sage ist die Erweiterung des sys-sage-Bibliothek und ermöglicht laut der Medienmitteilung der Universität “eine einheitliche Darstellung der Systemtopologien von Quanten- und Hochleistungscomputern”. So soll die gemeinsame Nutzung von Quanten- und Supercomputersystemen ermöglicht werden, indem beide Systeme über eine einheitliche Schnittstelle verbunden werden.

Die Erweiterung der Bibliothek wird vorgestellt in der aktuellen Studie: “Towards a Unified Architectural Representation in HPCQC: Extending Sys-Sage for Quantum Technologies”. Das Team der Technischen Universität München hat die Funktion des neuen Tools laut der Mitteilung gemeinsam mit einem Team am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) experimentell nachgewiesen.

Sys-sage informiert andere Softwarekomponenten, um deren Aufgaben im Sinne einer optimierten Ressourcennutzung zu unterstützen. So kann etwa entschieden werden, ob eine bestimmte Berechnung aufgrund ihrer Eigenschaften besser auf einem Quanten- oder auf einem klassischen System ausgeführt wird, oder welche Ressourcen innerhalb der jeweiligen Topologien am effizientesten genutzt werden sollten.

„Mit dieser Architektur legen wir einen der Grundsteine für den produktiven und effizienten Einsatz von Quantencomputern in Supercomputing-Zentren“, wird Teamleiter Martin Schulz in der Medienmitteilung zitiert.

Das Tool wurde im Rahmen der Initiative Munich Quantum Valley und des Munich Quantum Software Stack (MQSS) entwickelt.