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So kommen Quantenprozessoren ins HPC

28. November 2025, 9:08 Uhr | Heinz Arnold

Blick zwischen Racks des Supercomputers JUPITER.

Auf Basis ihrer »ParaStation Modulo Software Suite«, die ParTec speziell für den Einsatz in hybriden High-Performance Computing-Quantenumgebungen erweitert hat, wurden zwei Quantenprozessoren mit über 100 Qubits in bestehende europäische Hochleistungsrechnerumgebungen integriert.

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Im Rahmen des HPCQS-Projekts (High Performance Computer – Quantum Simulator hybrid) werden die eingesetzten Systeme in den führenden internationalen Forschungszentren perspektivisch vollständig in produktive High-Performance-Computing-Workflows eingebunden.

Mit der Integration wird erstmals gezeigt, wie moderne Quantenprozessoren stabil und effizient in laufende High-Performance Computing-Infrastrukturen (HPC) eingebunden werden können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für anspruchsvolle wissenschaftliche und industrielle Anwendungen.

Damit hat das HPCQS-Projekt einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu einer europäischen, hybriden Hochleistungs- und Quantensimulationsinfrastruktur erreicht. Die Integration der beiden Pasqal-Quantenprozessoren Jade und Ruby erfolgte an zwei führenden Standorten: dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) und dem Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).

Die gemeinsam mit der Europäische Kommission ausgerichtete Einweihung am 13. November 2025 verdeutlichte die enge europäische Zusammenarbeit bei der Entwicklung einer föderierten Quantum-HPC-Infrastruktur. Über das Projekt werden Systeme eingesetzt, die auf Arrays neutraler Atome basieren, mit über 100 Daten-Qubits pro Prozessor in einer 2D-Topologie. HPCQS wird durch das European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) gefördert und ist ein zentraler Baustein der europäischen »Digital Compass-Strategie«, die bis 2030 eine führende Rolle Europas im Quantencomputing anstrebt. Das Forschungsteam von ParTec war maßgeblich an der technischen Integration der Quantenprozessoren in die bestehenden HPC-Umgebungen beteiligt und unterstützte die Umsetzung hybrider Workflows, die zukünftige industrielle und wissenschaftliche Anwendungen erst ermöglichen. Durch die Anbindung an übliche Schedulingsysteme wie »Slurm« wird die Verbindung von Quanten- und klassischen Supercomputing-Ressourcen skalierbar.

Hybride HPC-Quantenumgebungen auf Basis von »ParaStation Modulo«

Für die Integration hat ParTec die »ParaStation Modulo Software Suite« als zentrale Vermittlungsschicht zwischen Quantenhardware und klassischen HPC- sowie KI-Systemen weiterentwickelt. Sie ermöglicht unter anderem:

die Kopplung der Systeme über modulare Kommunikations- und Steuerungskomponenten
die Implementierung des Betriebs hybrider Workflows in produktiven HPC-Umgebungen
die nahtlose Nutzung der Quantenressourcen über bestehende HPC-Tools und Scheduler
die sichere, standardisierte und performante Ansteuerung der Quantenhardware

Damit wird die skalierbare und produktionsreife Anbindung von Quantenprozessoren an bestehende Supercomputing-Ressourcen möglich.

Modularität und Systemintegration aus einer Hand

Der für die Integration eingesetzte Supercomputer JURECA basiert auf ParTecs dynamischer Modularer Systemarchitektur (dMSA) und wird mit der »ParaStation Modulo Software Suite« betrieben.

Diese Architektur bietet:

klar getrennte, flexibel kombinierbare Module für unterschiedliche Anforderungen (z.B. Rechen- oder Speichermodule)
Erweiterbarkeit für neue Ressourcenklassen (z.B. Prozessor- und Beschleunigerarchitekturen)
eine einheitliche Softwarebasis für heterogene Systeme
robuste Mechanismen für Betrieb, Scheduling und Kommunikation

Dank dieser Eigenschaften konnte der Quantenprozessor ohne strukturelle Veränderungen an Hardware oder Benutzerumgebungen eingebunden werden – ein Fortschritt von zentraler Bedeutung für Anwender, die hybride Ressourcen benötigen, ohne ihre etablierten Workflows umzustellen.

Strategische Bedeutung für Europas digitales Ökosystem

Die Integration der Quantenprozessoren leistet einen wichtigen Beitrag dazu, HPC- und Quantenressourcen in Europa technologisch enger zu verknüpfen und die Entwicklung neuer hybrider Rechenansätze voranzutreiben. Gleichzeitig bringt das Projekt HPCQS dem EuroHPC JU und die Europäische Kommission ihren Zielen im Digital Compass 2030 einen entscheidenden Schritt näher – insbesondere dem Anspruch, bis 2030 eine internationale Führungsrolle im Quantencomputing einzunehmen. Für ParTec bestätigt dieser Erfolg die zentrale Bedeutung modularer Architekturen für die nächste Generation von HPC-, KI- und Quantensystemen.

Bernhard Frohwitter, CEO von ParTec, erklärt: »Die Anbindung der Quantenprozessoren ist ein bedeutender Schritt für die Weiterentwicklung hybrider Recheninfrastrukturen in Europa. Unsere modulare Systemarchitektur und die ParaStation Modulo Software Suite schaffen die Basis dafür, dass klassische HPC-Ressourcen, KI-Systeme und Quantenprozessoren technisch und organisatorisch zusammenwachsen. Wir vertreten diesen hybriden Ansatz bereits seit Jahren, als die Branche noch an isolierte Quanteninsellösungen glaubte.«

HPCQS

HPCQS (High-Performance Computing Quantum Simulator) ist ein mit rund 12 Mio. Euro gefördertes, vierjähriges EU-Flagship-Projekt unter dem Dach der EuroHPC JU, an dem 15 Partner aus sechs europäischen Ländern beteiligt sind. Ziel ist der Aufbau einer skalierbaren Quantum-HPC-Infrastruktur, in deren Rahmen zwei auf neutralen Atomen basierende Pasqal-Quantensimulatoren mit jeweils über 100 Qubits in die europäischen Supercomputing-Zentren von Jülich und CEA integriert werden.