Vortrag in der Reihe der „Distinguished Lecture“
Am 12. Mai durften wir Herrn Prof. Dr. Martin Schulz zu einem Vortrag der Distinguished Lecture Reihe begrüßen. Martin Schulz ist Professor für Rechnerarchitektur und Parallele Systeme an der Technischen Universität München (TUM) stems). Er ist darüber hinaus maßgeblich an der Entwicklung des Munich Quantum Software Stack (MQSS) beteiligt, einem zentralen Infrastrukturprojekt der Munich Quantum Valley Initiative (MQV) – einem der bedeutendsten deutschen Quantencomputing-Initiativen, das Forschungseinrichtungen wie TUM, LMU, FAU, Max-Planck-Gesellschaft, Fraunhofer und DLR vereint.
In seinem Vortrag im Rahmen der Distinguished Lecture Reihe gab Professor Schulz einen umfassenden und eindrücklichen Einblick in das Munich Quantum Valley und dessen Ambitionen, Quantencomputer verschiedenster Technologien – Supraleiter, Ionenfallen und neutrale Atome – zu einem integrierten Forschungs- und Produktionsökosystem auszubauen. Besonders deutlich wurde dabei seine Kernthese: Quantencomputer werden Hochleistungsrechner (HPC) nicht ersetzen – Quantenbeschleuniger sind vielmehr Teil von HPC. Statt Quantensysteme als isolierte Standalone-Maschinen zu betreiben, verfolgt sein Ansatz deren enge Integration in bestehende HPC-Infrastrukturen als spezialisierte Beschleuniger für wissenschaftliche Workloads, analog zu GPUs oder FPGAs. Diese Vision wird am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) bereits konkret: Mit dem Q-Exa-System, einem 20-Qubit-Quantencomputer von IQM, der physisch auf der gleichen Fläche wie die klassischen HPC-Systeme betrieben wird, wurden bereits erste hybride Anwendungen erfolgreich ausgeführt.
Ein inhaltlicher Höhepunkt des Vortrags war die Vorstellung des Munich Quantum Software Stack (MQSS). Dabei handelt es sich um ein modulares Framework, das es Domänen-Experten ermöglicht, verschiedenste Quantencomputer über einheitliche Abstraktionsschichten zu programmieren – unabhängig von der zugrundeliegenden Hardware-Technologie. Im Kern des MQSS steht eine Zwischenrepräsentation (IR) auf Basis von LLVM/MLIR, die gezielt um Quantencomputing-Konzepte erweitert wurde. Durch dieses Design entsteht ein modulares Compiler-Framework nach dem Vorbild von LLVM: unterschiedliche Frontends erlauben die Beschreibung von Quantenprogrammen auf hohem Abstraktionsniveau, ein gemeinsames Middle-End übernimmt hardware-agnostische Optimierungen, während spezialisierte Backends die Ausführung auf konkreten Quantensystemen übernehmen. Das QDMI (Quantum Device Management Interface) als Open-Source-Schnittstelle ermöglicht dabei die standardisierte Anbindung neuer Quantensysteme und wird bereits von einer Reihe akademischer und industrieller Partner eingesetzt. Dieser Ansatz ermöglicht, die unterschiedliche Expertise von Domänen-Experten, Quantensoftware-Entwicklern und Quantencomputer-Herstellern zu bündeln und nutzbar zu machen.
Professor Schulz zeigte dabei eindrücklich auf, welche Beiträge Informatiker zu diesen Entwicklungen leisten können: von der Systemintegration und Telemetrie über Compiler-Entwicklung und Laufzeitsysteme bis hin zu Scheduling und Ressourcenmanagement in hybriden HPC/QC-Umgebungen. Diese Perspektive ist für die Forschungsausrichtung an der Universität Paderborn besonders anschlussfähig, da sowohl im Bereich HPC-Infrastruktur als auch in der Systemprogrammierung und der Beschleunigerarchitektur einschlägige Expertise vorhanden ist.
Der Vortrag stieß auf reges Interesse: Das als Veranstaltungsraum dienende HNI-Foyer war sehr gut besucht. Das interdisziplinäre Publikum bestehend aus Angehörigen der Institute Informatik, Elektrotechnik und Physik unterstrich eindrücklich die hohe Relevanz des Themas für die Universität Paderborn. In der anschließenden Fragerunde wurde lebhaft und vertiefend diskutiert – unter anderem die Frage, ob die am Standort Paderborn entwickelten photonischen Quantencomputer perspektivisch in den Munich Quantum Software Stack integriert werden könnten, welche Herausforderungen und Chance Professor Schulz für die Informatik im Quantencomputing-Bereich sieht und welche Potenziale er für zukünftige Kooperationen erblickt. Die gelungene Distinguished Lecture hat sowohl inhaltlich als auch im wissenschaftlichen Austausch neue Impulse gesetzt hat und die ersten weitergehenden Kooperationen sind bereits geplant.
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