Las computadoras cuánticas son una tecnología emergente clave, especialmente adecuada para resolver problemas específicos que requieren una enorme capacidad de cálculo. Sin embargo, integrar sistemas cuánticos en supercomputadoras existentes es un desafío.

Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han desarrollado una herramienta que permite combinar computadoras cuánticas con supercomputadoras, permitiendo su interacción sin problemas. El método ha sido validado experimentalmente en colaboración con un equipo del Centro de Supercomputación Leibniz (LRZ).

Las computadoras cuánticas operan utilizando qubits. A diferencia de los bits clásicos, los qubits pueden existir en múltiples estados simultáneamente a través de la superposición. Además, los qubits pueden entrelazarse, permitiendo nuevos paradigmas de cálculo que superan a los sistemas tradicionales en tareas específicas. Sin embargo, las computadoras cuánticas no son universalmente aplicables ni están diseñadas para reemplazar la computación de alto rendimiento (HPC) tradicional. En cambio, se conciben como aceleradores complementarios dentro del ecosistema HPC.

La integración de sistemas cuánticos en entornos de computación de alto rendimiento (HPC) es muy compleja debido a diferencias en arquitectura, interfaces y mecanismos de control. "Al desarrollar una herramienta híbrida llamada sys-sage, abordamos algunos de estos desafíos", afirma Martin Schulz, profesor de Arquitectura de Computadores y Sistemas Paralelos en TUM y miembro de la junta directiva del LRZ.

Cerrando la brecha: la biblioteca sys-sage

La biblioteca sys-sage se desarrolló originalmente como una interfaz central para supercomputadoras. Recopila y organiza información dinámica y estática sobre la arquitectura y topología de los sistemas informáticos, y pone esta información a disposición de aplicaciones u otros componentes del sistema.

La arquitectura describe la estructura básica de una computadora, mientras que la topología muestra cómo se conectan los componentes física y lógicamente. En cierto sentido, puede verse como un mapa del sistema.

La extensión de la biblioteca sys-sage presentada en este estudio ahora permite representar de manera unificada la topología del sistema tanto de computadoras cuánticas como de HPC. Esto forma una estructura híbrida que conecta ambos sistemas a través de una interfaz unificada y permite su uso conjunto.

Sys-sage luego informa a otros componentes de software para que sus tareas se ejecuten de manera más eficiente, logrando así la optimización del sistema. Por ejemplo, permite elegir si ejecutar una tarea en el sistema cuántico o clásico según sus características computacionales, o mapear un problema a los mejores recursos dentro de la topología correspondiente.

Schulz añade: "Como parte de la iniciativa Munich Quantum Valley y de la pila de software cuántico de Múnich (MQSS), desarrollamos esta arquitectura, sentando las bases para el uso eficiente de computadoras cuánticas en centros de supercomputación".