量子计算机是一项关键的新兴技术，尤其适用于解决需要巨大计算能力的特定问题。然而，将量子系统集成到现有的超级计算机中却是一项挑战。

慕尼黑工业大学 (TUM) 的研究人员开发了一种工具，可以将量子计算机与超级计算机结合起来，使它们能够无缝交互。该方法已与莱布尼茨超级计算中心 (LRZ) 的一个团队合作进行了实验验证。

量子计算机使用量子比特进行操作。与传统比特不同，量子比特可以通过叠加同时存在于多种状态。此外，量子比特可以纠缠，从而允许新的计算范式在特定任务上超越传统系统。然而，量子计算机并非普遍适用，也并非旨在取代传统的高性能计算 (HPC)。相反，它们被设想为 HPC 领域中的补充加速器。

由于架构、接口和控制机制的差异，将量子系统集成到高性能计算 (HPC) 环境中非常复杂。“通过开发名为 sys-sage 的混合工具，我们解决了其中的一些挑战。”慕尼黑工业大学计算机架构与并行系统教授、LRZ 董事会成员 Martin Schulz 表示。

弥合差距：sys-sage 库

sys-sage 库最初是作为超级计算机的中央接口开发的。它收集并组织计算机系统架构和拓扑的动态和静态信息，并将这些信息提供给应用程序或其他系统组件。

体系结构描述了计算机的基本结构，而拓扑则展示了组件在物理和逻辑上的连接方式。从某种意义上说，它可以被看作是系统的地图。

本研究中提出的 sys-sage 库的扩展，现在可以统一表示量子计算机和高性能计算机的系统拓扑。这形成了一种混合结构，通过统一的接口连接这两个系统，并使它们能够一起使用。

Sys-sage 随后会通知其他软件组件，使其任务更高效地运行，从而实现系统优化。例如，它支持根据任务的计算特性选择在量子系统还是经典系统上运行，或者将问题映射到相应拓扑中的最佳资源。

舒尔茨补充道：“作为慕尼黑量子谷计划和慕尼黑量子软件堆栈 (MQSS) 的一部分，我们开发了这种架构，为在超级计算中心高效使用量子计算机奠定了基础。”

更多信息： D. Mishra 等人，《面向 HPCQC 的统一架构表示：扩展量子技术的 Sys-Sage》，ISC 高性能 2025 研究论文集(第 40 届国际会议)，德国汉堡。