Quantencomputer als Ergänzung zu Supercomputern

Quantencomputer gelten als vielversprechende Technologie für Aufgaben, die selbst modernste Supercomputer an ihre Grenzen bringen.

Sie arbeiten mit Qubits, die durch Überlagerung und Verschränkung völlig neue Rechenmodelle ermöglichen. Doch eins ist klar: Sie sind kein Ersatz für klassische Hochleistungsrechner, sondern sollen diese gezielt verstärken.

Während Supercomputer und Quantencomputer jeweils für sich starke Werkzeuge sind, stellt ihre Zusammenarbeit eine große technische Hürde dar. Die Systeme unterscheiden sich in Architektur, Schnittstellen und Steuerungsmechanismen. Damit beide Welten reibungslos zusammenarbeiten können, braucht es neue Lösungen.

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat gemeinsam mit dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) ein Werkzeug entwickelt, das genau hier ansetzt. Die Software-Bibliothek namens sys-sage verbindet Quanten- und Supercomputer über eine gemeinsame Schnittstelle und schafft so eine hybride Arbeitsumgebung.

Ursprung und Weiterentwicklung von sys-sage

Ursprünglich diente sys-sage als zentrale Informationsquelle für Supercomputer. Die Bibliothek erfasst Daten über Architektur und Topologie eines Systems – also sowohl seine grundlegende Struktur als auch die Art, wie die einzelnen Komponenten verknüpft sind. Man könnte sie als Landkarte des Rechners beschreiben.

Durch die aktuelle Erweiterung kann sys-sage nun auch Quantenrechner einbeziehen. Damit entsteht ein gemeinsames Modell beider Technologien, das Software und Anwendungen unterstützt, indem es die jeweils passenden Ressourcen vorschlägt.

Praktischer Nutzen

Die hybride Darstellung ermöglicht es, Berechnungen dort auszuführen, wo sie am effizientesten verarbeitet werden können – sei es auf einem Quanten- oder einem klassischen System. So wird nicht nur die Leistung gesteigert, sondern auch die Ressourcennutzung optimiert.

Das Projekt ist Teil der Initiative Munich Quantum Valley und des Munich Quantum Software Stack (MQSS). Martin Schulz, Professor an der TUM und Mitglied der Leitung des LRZ, sieht darin einen wichtigen Baustein für den künftigen produktiven Einsatz von Quantencomputern in Hochleistungsrechenzentren.

Publikation: D. Mishra et al., “Towards a Unified Architectural Representation in HPCQC: Extending Sys-Sage for Quantum Technologies,” ISC High Performance (2025).