Durchbruch in der Quanteninformatik: MultiQ beschleunigt Schaltkreise um das 12-Fache

Durchbruch in der Quanteninformatik: MultiQ beschleunigt Schaltkreise um das 12-Fache

Forscher der Technischen Universität München haben MultiQ entwickelt – ein neues System, das es ermöglicht, mehrere Quantenschaltkreise gleichzeitig auf Prozessoren mit neutralen Atomen auszuführen. Aktuelle Quantencomputer stehen oft vor einem Dilemma: Größere Schaltkreise verlieren an Genauigkeit, während kleinere die verfügbare Hardware nicht voll ausschöpfen. Das Team unter der Leitung von Professor Immanuel Bloch behauptet, ihr Ansatz könnte die Rechengeschwindigkeit und Effizienz in der Quantenverarbeitung deutlich steigern.

MultiQ funktioniert, indem es die Qubit-Arrays logisch aufteilt und so mehrere Schaltkreise parallel auf derselben Hardware betreiben kann. Diese Methode reduziert verschwendete Ressourcen und verkürzt Verzögerungen, die durch das wiederholte Aufsetzen von Schaltkreisen entstehen. Das System umfasst einen spezialisierten Compiler, eine Steuerungseinheit und ein Überprüfungswerkzeug – alles zugeschnitten auf Architekturen mit neutralen Atomen.

Experimente zeigten deutliche Leistungsverbesserungen: Beim Skalieren von vier auf vierzehn Schaltkreise stieg der Durchsatz um das 3,8- bis 12,3-Fache, bei nur minimalen Genauigkeitsverlusten. Tests auf einem simulierten 64-Qubit-Prozessor ergaben zudem eine mögliche Beschleunigung um bis zu das 2,3-Fache im Vergleich zur sequenziellen Ausführung der Schaltkreise.

Um die Effizienz zu messen, führte das Team eine neue Kennzahl ein: die „Quantum Cycles“ (Quantenzyklen). Diese berücksichtigt sowohl die Auslastung der Qubits als auch die Geschwindigkeit, mit der Schaltkreise abgearbeitet werden. Der Kern von MultiQ – der Compiler – erstellt optimierte virtuelle Layouts für jeden Schaltkreis, kombiniert sie für die Ausführung und sorgt so für einen reibungsloseren und schnelleren Ablauf.

Die Entwicklung von MultiQ könnte entscheidende Grenzen der Quantencomputing-Technologie mit neutralen Atomen überwinden. Durch die parallele Ausführung verbessert es die Hardware-Nutzung und erhält die Präzision selbst bei komplexeren Schaltkreisen. Diese Fortschritte ebnen möglicherweise den Weg für skalierbare und effizientere Quantenanwendungen in der Zukunft.