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Hybrider Softwareansatz für nahtlose Interaktion Ein gemeinsames Tool für Quanten- und Supercomputersysteme

Von Sebastian Gerstl 2 min Lesedauer

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Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben ein Werkzeug entwickelt, das Quanten- und Supercomputer in einem Ansatz abdeckt und damit eine nahtlose Interaktion ermöglicht. Gemeinsam mit einem Team am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) wurde dessen Funktionsweise auch experimentell nachgewiesen.

Ein Forschungsteam um Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und Parallele Systeme an der TUM. arbeitet an der Integration von Quantencomputern in die Strukuturen von Hochleistungsrechnern.(Bild: Astrid Eckert, TU München)
Ein Forschungsteam um Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und Parallele Systeme an der TUM. arbeitet an der Integration von Quantencomputern in die Strukuturen von Hochleistungsrechnern.
(Bild: Astrid Eckert, TU München)

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 sind jedoch nicht universell einsetzbar und sollen traditionelle Hochleistungsrechner (HPC) nicht ersetzen. Stattdessen sind sie als ergänzender Beschleuniger innerhalb der HPC-Landschaft gedacht.

Die Integration von Quantensystemen in HPC-Umgebungen ist aufgrund von Unterschieden in Architektur, Schnittstellen und Steuerungsmechanismen komplex. „Indem wir das hybride Tool namens sys-sage entwickelten, haben wir uns mit einigen der Herausforderungen auseinandergesetzt“, sagt Martin Schulz, Professor für Rechnerarchitektur und Parallele Systeme an der TUM und Mitglied des LRZ-Direktoriums.

Die Lücke schließen: Die sys-sage-Bibliothek

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. Während die Architektur die grundlegende Struktur eines Computers beschreibt, zeigt die Topologie, wie die Komponenten physisch und logisch miteinander verbunden sind. Sie kann also als Landkarte des Systems betrachtet werden.

Die Erweiterung der in der aktuellen Studie vorgestellten sys-sage-Bibliothek ermöglicht nun eine einheitliche Darstellung der Systemtopologien von Quanten- und Hochleistungscomputern. Das Ergebnis ist eine hybride Struktur, die beide Systeme über eine einheitliche Schnittstelle verbindet und deren gemeinsame Nutzung ermöglicht.

Sys-sage informiert dann 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, die im Rahmen der Initiative Munich Quantum Valley und des Munich Quantum Software Stack (MQSS) entwickelt wurde, legen wir einen der Grundsteine für den produktiven und effizienten Einsatz von Quantencomputern in Supercomputing-Zentren“, fügt Martin Schulz hinzu.(sg)

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