Neuer Quantendurchbruch: MultiQ revolutioniert die parallele Verarbeitung mit neutralen Atomen

Neuer Quantendurchbruch: MultiQ revolutioniert die parallele Verarbeitung mit neutralen Atomen

Ein Forscherteam von QuEra Computing, der Harvard University und dem MIT hat ein neues System namens MultiQ entwickelt. Dieser Durchbruch ermöglicht es, mehrere Quantenschaltkreise gleichzeitig auf Quantenprozessoren mit neutralen Atomen auszuführen. Die Innovation könnte quantencomputergestützte Aufgaben deutlich beschleunigen und die vorhandene Hardware effizienter nutzen.

Die Ergebnisse wurden 2023 in einer Veröffentlichung von Antonio Omran, Simon Evered, Ioana Craiciu und ihren Kollegen detailliert beschrieben. Sie erscheinen zu einem Zeitpunkt, an dem die Quantencomputing-Technologie mit neutralen Atomen zunehmend Beachtung findet – vor allem wegen ihrer Skalierbarkeit bei der Anzahl der Qubits und der flexiblen Vernetzungsmöglichkeiten.

Aktuelle Quantenprozessoren (QPUs) mit neutralen Atomen stehen vor zwei zentralen Herausforderungen: Größere Schaltkreise leiden oft unter verringerter Genauigkeit, während kleinere die Hardware nicht voll auslasten. MultiQ löst beide Probleme, indem es die parallele Ausführung mehrerer Schaltkreise auf einem einzigen QPU ermöglicht.

Das System funktioniert, indem es Quantenschaltkreise aufteilt und auf das Qubit-Array des Prozessors abbildet. Dabei kommt ein graphenbasierter Ansatz in Kombination mit einem heuristischen Algorithmus zum Einsatz, um die Platzierung zu optimieren. Ein Compiler, eine Steuerungseinheit und ein Prüfsystem generieren anschließend virtuelle Zonenlayouts, die eine effiziente Hardwarenutzung ohne Leistungseinbußen gewährleisten.

Tests zeigten, dass MultiQ den Durchsatz im Vergleich zur sequenziellen Abarbeitung von Schaltkreisen um bis zu das 12,3-Fache steigert. Trotz der erhöhten Arbeitslast bleiben die Fehlerraten in einem akzeptablen Rahmen. Diese Balance zwischen Geschwindigkeit und Präzision stellt einen wichtigen Fortschritt für die praktische Anwendung des Quantencomputings dar.

Die Forscher entwickelten MultiQ, um sowohl räumliche als auch zeitliche Herausforderungen bei der Hardwarenutzung zu bewältigen. Durch die Parallelisierung von Anweisungen wird das Potenzial des QPU voll ausgeschöpft, während Fehler kontrolliert bleiben. Das Team geht davon aus, dass dies den Fortschritt in Bereichen wie Quantenchemie und der Faktorisierung großer Zahlen beschleunigen könnte – Gebiete, in denen groß angelegte Simulationen entscheidend sind.

MultiQ bietet eine Möglichkeit, mehr Quantenschaltkreise gleichzeitig auszuführen, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen. Die Fähigkeit des Systems, den Durchsatz zu erhöhen und dabei die Genauigkeit zu wahren, könnte Quantenprozessoren mit neutralen Atomen deutlich effizienter machen.

Die Forschung ebnet den Weg für schnellere Fortschritte in quantenbasierten Anwendungen, insbesondere in Bereichen, die komplexe Berechnungen erfordern. Künftige Arbeiten könnten auf diesem Ansatz aufbauen, um die Leistung von Quantenhardware weiter zu optimieren.