جهشی بزرگ در فناوری؛ نرم‌افزار هیبریدی آلمانی، کوانتوم و ابررایانه را همگام می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دانشمندان آلمانی یک ابزار نرم‌افزاری جدید و قدرتمند توسعه داده‌اند که کوانتوم 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) ساخته شده است. اکنون این سیستم به صورت تجربی در حال آزمایش 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.

 

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.»

 

ادغام کوانتوم با HPC

 

کامپیوتر‌های 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 کامپیوتر‌های کلاسیک که به بیت‌هایی متکی هستند که یا صفر یا ۱ را نشان می‌دهند، این کامپیوتر‌ها 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، کامپیوتر‌های کوانتومی به طور جهانی قابل اجرا نیستند یا قرار نیست جایگزین محاسبات با کارایی بالا (HPC) سنتی شوند.

 

در عوض، محققان آنها را به عنوان شتاب‌دهنده‌های مکمل 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 اصلی در ایجاد هماهنگی بین این دو معماری متفاوت نهفته است. کامپیوتر‌های 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.

 

کتابخانه‌ی sysage

 

این تیم تحقیقاتی به رهبری شولتز، کتابخانه سیستمی موجود، یک پشته نرم‌افزاری HPC که داده‌های ابررایانه‌ها، مانند اطلاعات مربوط به پردازنده‌ها و عملکرد آنها و انتقال داده بین گره‌های محاسباتی را پردازش می‌کند، گسترش دادند.

 

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، مانند یک نقشه دقیق عمل می‌کند.

 

با گسترش کتابخانه برای شامل کردن سیستم‌های کوانتومی، محققان اکنون یک نمایش یکپارچه ساخته‌اند که توپولوژی‌های کامپیوتر‌های کوانتومی و کلاسیک را با هم ترکیب می‌کند. این بدان معناست که اکنون می‌توان وظایف را به صورت هوشمندانه در هر دو سیستم توزیع کرد.

 

برای مثال، اگر مشکلی برای یک پردازنده کوانتومی مناسب‌تر باشد، Sys-Sage می‌تواند آن را به آنجا هدایت کند. در مقابل، اگر حجم کاری برای HPC کلاسیک بهینه شده باشد، وظیفه بر عهده ابررایانه باقی می‌ماند.

 

شولتز 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 رایانه‌های کوانتومی در مراکز ابررایانه فراهم می‌کنیم.»

 

این مقاله در مجموعه مقالات پژوهشی ISC High Performance ۲۰۲۵ منتشر شده است که از طریق IEEE Xplore قابل دسترسی است.