Quantencomputer-Durchbruch: MultiQ macht neutrale Atome effizienter als je zuvor

Quantencomputer-Durchbruch: MultiQ macht neutrale Atome effizienter als je zuvor

Forscher der Technischen Universität München haben MultiQ vorgestellt – eine neuartige Architektur, die die Effizienz von Quantencomputern mit neutralen Atomen deutlich steigern soll. Das System löst langjährige Herausforderungen, indem es ermöglicht, mehrere Quantenschaltkreise gleichzeitig auszuführen. Erste Tests zeigen, dass es Berechnungen deutlich beschleunigen könnte, ohne dass die Fehlerrate steigt.

Bisher hatten Quantencomputer mit neutralen Atomen Schwierigkeiten, den Einsatz von Qubits optimal zu nutzen und gleichzeitig eine hohe Schaltkreistreue zu gewährleisten. Viele Systeme verschwenden Ressourcen beim Wechsel zwischen Aufgaben, was die Gesamtleistung bremst. Das Team hinter MultiQ hat sich zum Ziel gesetzt, dieses Problem zu lösen, indem es mehrere Schaltkreise parallel auf derselben Hardware ausführt.

Das Herzstück von MultiQ ist ein spezialisierter Compiler, der für jeden Schaltkreis virtuelle Layouts erstellt. Vor der Ausführung optimiert er die Platzierung der Qubits und unterteilt das Array logisch. Dadurch verkürzen sich Verzögerungen bei der Initialisierung, und Ressourcen werden effizienter genutzt. Ein graphenbasiertes Framework hilft dabei, die Schaltkreise auf das Qubit-Array der Quanteneinheit abzubilden. Zudem kommt ein heuristischer Algorithmus zum Einsatz, der die Partitionierung effizient steuert. Experimente zeigten, dass sich die Durchsatzrate beim Skalieren von vier auf vierzehn Schaltkreise von 3,8- auf das 12,3-Fache erhöhte – bei nur minimalen Verlusten in der Genauigkeit. In Benchmark-Tests erreichte MultiQ eine Beschleunigung um das bis zu 2,3-Fache im Vergleich zur sequenziellen Ausführung. Die Architektur kombiniert Compiler, Controller und eine Verifizierungskomponente, um das Multiprogramming reibungslos zu steuern. Dieser Ansatz maximiert die Nutzung der verfügbaren Qubits, während die Fehlerquote in akzeptablen Grenzen bleibt.

Die Fähigkeit von MultiQ, mehrere Schaltkreise parallel zu betreiben, könnte Quantencomputer mit neutralen Atomen für praktische Anwendungen attraktiver machen. Die Steigerung des Durchsatzes bei gleichbleibender Präzision deutet darauf hin, dass das System helfen könnte, die Kluft zwischen den aktuellen Grenzen und einer skalierbaren Quantentechnologie zu überbrücken. Weitere Tests werden zeigen, welchen langfristigen Einfluss die Architektur auf die Entwicklung von Quantenhardware haben wird.