۲ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: جورجینا جدیکوفسکا -آسترید اکرت / TUM
دانشمندان آلمانی یک ابزار نرم‌افزاری جدید و قدرتمند توسعه داده‌اند که کامپیوترهای کوانتومی و ابررایانه‌ها را با هم ترکیب می‌کند و امکان تعامل یکپارچه این دو سیستم اساساً متفاوت را فراهم می‌کند.
این سیستم که sys-sage نام دارد، توسط تیمی از محققان دانشگاه فنی مونیخ (TUM) با همکاری همکارانشان از مرکز ابررایانه لایب‌نیتس (LRZ) ایجاد شده است. اکنون در حال آزمایش تجربی است.
این تیم خاطرنشان کرد که اگرچه رایانه‌های کوانتومی نویدبخش حل مسائل پیچیده هستند، اما ادغام آنها در ابررایانه‌های موجود به دلیل تفاوت در معماری و عملکرد، همچنان چالش‌برانگیز است.
دکتر مارتین شولتز، استاد معماری کامپیوتر و سیستم‌های موازی در TUM و عضو هیئت مدیره LRZ، فاش کرد: «ما با توسعه ابزار ترکیبی Sys-Sage به برخی از این چالش‌ها پرداخته‌ایم.»
رایانه‌های کوانتومی که از خواص فیزیک کوانتومی برای ذخیره داده‌ها و انجام محاسبات استفاده می‌کنند، به طور گسترده به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های آینده در نظر گرفته می‌شوند.برخلاف رایانه‌های کلاسیک که به بیت‌هایی متکی هستند که یا صفر یا ۱ را نشان می‌دهند، آنها از بیت‌های کوانتومی، که به عنوان «کیوبیت» نیز شناخته می‌شوند، تشکیل شده‌اند که می‌توانند از طریق برهم‌نهی به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند.
این پدیده و درهم‌تنیدگی کوانتومی به آنها اجازه می‌دهد تا مسائل خاصی را بسیار سریع‌تر از ماشین‌های سنتی حل کنند. با این وجود، رایانه‌های کوانتومی به طور جهانی قابل اجرا نیستند یا قرار نیست جایگزین محاسبات با کارایی بالای سنتی (HPC) شوند.در عوض، محققان آنها را به عنوان شتاب‌دهنده‌های مکملی می‌بینند که می‌توانند وظایف بسیار پیچیده را انجام دهند و در عین حال حجم کاری مرسوم را به ابررایانه‌ها واگذار کنند.
به گفته تیم تحقیقاتی، چالش در ایجاد هماهنگی بین این دو معماری متفاوت است. رایانه‌های کوانتومی با رابط‌ها، سیستم‌های کنترل و توپولوژی‌های منحصر به فردی کار می‌کنند که به راحتی در ساختارهای بسیار بهینه محیط‌های HPC کلاسیک جای نمی‌گیرند.
ادغام این دو سیستم چالش بزرگی را ایجاد کرده است تا اینکه تیم TUM کتابخانه sys-sage را ایجاد کرد که در ابتدا به عنوان رابط مرکزی برای ابررایانه‌ها توسعه داده شده بود.
تیم تحقیقاتی به رهبری شولتز، کتابخانه sys-sage موجود، یک پشته نرم‌افزاری HPC که داده‌ها را از ابررایانه‌ها، مانند اطلاعات مربوط به پردازنده‌ها و عملکرد آنها و انتقال داده بین گره‌های محاسباتی پردازش می‌کند، گسترش داد.
این کتابخانه اطلاعات ایستا و پویا در مورد معماری و توپولوژی یک سیستم را جمع‌آوری و سازماندهی می‌کند و اساساً با نشان دادن نحوه ساختار و اتصال اجزای مختلف، به عنوان یک نقشه دقیق عمل می‌کند.
با گسترش کتابخانه برای گنجاندن سیستم‌های کوانتومی، محققان اکنون یک نمایش یکپارچه ساخته‌اند که توپولوژی‌های کامپیوترهای کوانتومی و کلاسیک را ترکیب می‌کند. این بدان معناست که اکنون می‌توان وظایف را به صورت هوشمندانه در هر دو سیستم توزیع کرد.
به عنوان مثال، اگر مشکلی برای یک پردازنده کوانتومی مناسب‌تر باشد، Sys-Sage می‌تواند آن را به آنجا هدایت کند. در مقابل، اگر یک حجم کاری بهینه شده برای HPC کلاسیک باشد، وظیفه بر عهده ابررایانه باقی می‌ماند.
شولز در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه گرفت: «با این معماری که به عنوان بخشی از ابتکار دره کوانتومی مونیخ و پشته نرم‌افزار کوانتومی مونیخ (MQSS) توسعه یافته است، ما زمینه را برای استفاده مولد و کارآمد از کامپیوترهای کوانتومی در مراکز ابررایانه فراهم می‌کنیم.»
