Herramienta compartida desarrollada para sistemas cuánticos y de supercomputadores

Las computadoras cuánticas son una tecnología emergente clave, particularmente para tipos específicos de problemas que requieren una enorme potencia informática. Sin embargo, la integración de los sistemas cuánticos en las supercomputadoras existentes plantea un desafío.

Los investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) tienen desarrolló una herramienta Eso combina cuántica y supercomputadoras y les permite interactuar sin problemas. Este enfoque se ha demostrado experimentalmente en colaboración con un equipo en el Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ).

Las computadoras cuánticas funcionan usando qubits, que, a diferencia de los bits clásicos, pueden existir en múltiples estados simultáneamente a través de la superposición. Además, los qubits se pueden enredar, lo que permite nuevos paradigmas computacionales que superan a los sistemas clásicos para tareas específicas. Sin embargo, las computadoras cuánticas no son universalmente aplicables y no están destinadas a reemplazar la computación tradicional de alto rendimiento (HPC). En cambio, se imaginan como un acelerador complementario dentro del paisaje HPC.

La integración de los sistemas cuánticos en entornos HPC es compleja debido a las diferencias en la arquitectura, las interfaces y los mecanismos de control. «Al desarrollar la herramienta híbrida llamada SYS-Sage, hemos abordado algunos de estos desafíos», dice Martin Schulz, profesor de arquitectura informática y sistemas paralelos en TUM y miembro de la Junta Directiva de LRZ.

Bridging the Gap: la biblioteca de Sys-Sage

La biblioteca SYS-Sage se desarrolló originalmente como una interfaz central para las supercomputadoras. Recopila y organiza información dinámica y estática sobre la arquitectura y la topología de un sistema informático y hace que esta información esté disponible para aplicaciones u otros componentes del sistema.

Mientras que la arquitectura describe la estructura básica de una computadora, la topología muestra cómo los componentes están conectados física y lógicamente. Se puede ver como un mapa del sistema, en cierto sentido.

La expansión de la biblioteca SYS-Sage presentada en el estudio actual ahora permite una representación unificada de las topologías del sistema de las computadoras cuánticas y de alto rendimiento. Esto da como resultado una estructura híbrida que conecta los dos sistemas a través de una interfaz unificada y hace posible que se usen juntos.

Sys-Sage informa que otros componentes de software facilitaron sus tareas hacia una mejor optimización del sistema. Por ejemplo, admite la selección de si una tarea debe ejecutarse en un sistema cuántico o clásico en función de sus características computacionales, o el mapeo del problema a los mejores recursos en las topologías respectivas.

«Con esta arquitectura, desarrollada como parte de la iniciativa de Munich Quantum Valley y la pila de software cuántico de Munich (MQSS), estamos estableciendo las bases para el uso productivo y eficiente de las computadoras cuánticas en los centros de supercomputación», agrega Schulz.