MultiQ revolutioniert Quantencomputing: Schaltkreise laufen erstmals parallel ohne Genauigkeitsverlust

MultiQ revolutioniert Quantencomputing: Schaltkreise laufen erstmals parallel ohne Genauigkeitsverlust

Ein Forscherteam der Universität für Wissenschaft und Technologie China, der Technischen Universität München und weiterer Institutionen hat MultiQ entwickelt – ein neues System, das es ermöglicht, mehrere Quanten-Schaltkreise gleichzeitig auszuführen. Der Durchbruch zielt darauf ab, die Effizienz von Quantenchips auf Basis neutraler Atome zu steigern, die häufig mit ungenutzten Ressourcen und langen Initialisierungszeiten kämpfen.

Quantencomputer mit neutralen Atomen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie gut skalierbar sind. Bisherige Systeme stehen jedoch vor der Herausforderung, die Nutzung der Qubits auszubalancieren und gleichzeitig eine hohe Schaltkreis-Präzision zu gewährleisten. Um dieses Problem zu lösen, stellte das Forschungsteam MultiQ vor – eine Architektur, die Qubit-Arrays logisch aufteilt und Verzögerungen bei der Schaltkreis-Konfiguration verringert.

MultiQ besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Compiler, einer Steuereinheit und einem Prüfsystem. Kernstück ist der Compiler, der virtuelle Layouts für die Schaltkreise erstellt, indem er sie als Graphen abbildet. Ein heuristischer Algorithmus teilt diese Schaltkreise anschließend auf und ordnet sie dem Qubit-Array des Prozessors zu, sodass sie parallel und ohne gegenseitige Störungen ablaufen. Experimente zeigten deutliche Steigerungen im Durchsatz: Beim Hochskalieren von vier auf vierzehn Schaltkreise stieg die Ausgabemenge des Systems von 3,8- auf das 12,3-Fache – bei nahezu unveränderter Präzision. Vergleichstests ergaben zudem eine Beschleunigung um bis zu das 2,3-Fache im Vergleich zur sequenziellen Ausführung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass MultiQ das volle Potenzial von Quantenchips mit neutralen Atomen erschließen könnte. Durch optimierte Layouts und die Überprüfung der Unabhängigkeit der Schaltkreise maximiert das System die Hardware-Auslastung, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen.

Die Fähigkeit von MultiQ, mehrere Quanten-Schaltkreise gleichzeitig zu betreiben, stellt einen wichtigen Fortschritt für die Effizienz des Quantencomputings dar. Die Steigerung des Durchsatzes – ohne Einbußen bei der Präzision – könnte zu schnelleren und praxistauglicheren Anwendungen führen. Weitere Tests werden zeigen, welchen langfristigen Einfluss das System auf die Architektur von Quantenchips mit neutralen Atomen hat.