الحواسيب الكمومية هي تقنية ناشئة حاسمة، خاصة لمعالجة المشكلات التي تتطلب قدرات حوسبية هائلة. ومع ذلك، فإن دمج الأنظمة الكمومية في الحواسيب الفائقة القائمة يُعد تحديًا.

طور باحثون من جامعة ميونيخ التقنية (TUM) أداة تمكن من دمج الحواسيب الكمومية مع الحواسيب الفائقة، مما يتيح التفاعل السلس بينهما. تم التحقق من هذا النهج تجريبيًا بالتعاون مع فريق من مركز لايبنيز للحوسبة الفائقة (LRZ).

تعمل الحواسيب الكمومية باستخدام الكيوبتات. وعلى عكس البتات التقليدية، يمكن للكيوبتات أن توجد في حالات متعددة في وقت واحد من خلال التراكب. علاوة على ذلك، يمكن أن تتشابك الكيوبتات، مما يتيح نماذج حوسبية جديدة تتفوق على الأنظمة التقليدية في مهام محددة. ومع ذلك، الحواسيب الكمومية ليست عالمية الاستخدام، ولم تُصمم لتحل محل الحوسبة عالية الأداء (HPC) التقليدية. بدلاً من ذلك، تُعتبر بمثابة مسرعات مكملة في مجال HPC.

بسبب الاختلافات في الهندسة المعمارية، والواجهات، وآليات التحكم، فإن دمج الأنظمة الكمومية في بيئات الحوسبة عالية الأداء (HPC) معقد للغاية. يقول مارتن شولتز، أستاذ هندسة الحاسوب وأنظمة المعالجة الموازية في جامعة ميونيخ التقنية وعضو مجلس إدارة LRZ: "من خلال تطوير أداة هجينة تُسمى sys-sage، تمكنا من معالجة بعض هذه التحديات."

سد الفجوة: مكتبة sys-sage

تم تطوير مكتبة sys-sage في الأصل كواجهة مركزية للحواسيب الفائقة. فهي تجمع وتنظم المعلومات الديناميكية والثابتة حول هندسة النظام وطوبولوجياه، وتوفر هذه المعلومات للتطبيقات أو مكونات النظام الأخرى.

تصف الهندسة المعمارية الهيكل الأساسي للحاسوب، بينما تُظهر الطوبولوجيا طريقة ارتباط المكونات فيزيائيًا ومنطقيًا. بمعنى ما، يمكن اعتبارها خريطة للنظام.

تم توسيع مكتبة sys-sage المقترحة في هذا البحث لتمثيل طوبولوجيات أنظمة الحواسيب الكمومية والحواسيب عالية الأداء بشكل موحد. وهذا يشكل بنية هجينة تربط النظامين من خلال واجهة موحدة، مما يتيح استخدامهما معًا.

تُعلم sys-sage بعد ذلك مكونات البرمجيات الأخرى، مما يتيح تشغيل المهام بكفاءة أكبر، وبالتالي تحسين النظام. على سبيل المثال، تدعم اختيار تشغيل المهام على النظام الكمومي أو الكلاسيكي بناءً على خصائص الحوسبة للمهمة، أو تعيين المشكلة إلى أفضل الموارد في الطوبولوجيا المقابلة.

يضيف شولتز: "كجزء من مبادرة وادي ميونيخ الكمومي ومكدس البرمجيات الكمومية في ميونيخ (MQSS)، قمنا بتطوير هذه الهندسة المعمارية، مما يمهد الطريق لاستخدام الحواسيب الكمومية بكفاءة في مراكز الحوسبة الفائقة."