Neuer Quanten-Durchbruch: MultiQ führt mehrere Schaltkreise parallel auf neutralen Atomen aus

Neuer Quanten-Durchbruch: MultiQ führt mehrere Schaltkreise parallel auf neutralen Atomen aus

Forscher der Technischen Universität München haben MultiQ vorgestellt, ein neues System, das darauf ausgelegt ist, mehrere Quantenschaltkreise gleichzeitig auf neutralen Atom-Quantenprozessoren auszuführen. Dieser Durchbruch zielt darauf ab, langjährige Herausforderungen in der Quanteninformatik zu bewältigen, wo die Balance zwischen Effizienz und Genauigkeit nach wie vor schwierig ist. Die Ergebnisse des Teams deuten auf einen bedeutenden Fortschritt sowohl in puncto Geschwindigkeit als auch Ressourcennutzung für Quantenaufgaben hin.

Quantencomputing mit neutralen Atomen hat aufgrund seiner Skalierbarkeit an Beliebtheit gewonnen, doch bestehende Systeme verschwenden oft Ressourcen oder opfern die Präzision, wenn sie komplexe Arbeitslasten bewältigen. MultiQ begegnet diesem Problem, indem es Qubit-Arrays logisch aufteilt und so mehrere Schaltkreise gleichzeitig betreiben kann – ohne nennenswerte Leistungseinbußen.

Das System basiert auf einem neuartigen Kompilierungsframework, das Schaltkreise mithilfe eines graphenbasierten Ansatzes abbildet und partitioniert. Durch die Optimierung der Layouts und die Gewährleistung funktionaler Unabhängigkeit steigert MultiQ den Durchsatz um das 3,8- bis 12,3-Fache, wenn zwischen vier und vierzehn Schaltkreise parallel laufen. Experimente zeigten eine Verbesserung der Genauigkeit um 1,3 % bei vier gleichzeitig ausgeführten Schaltkreisen, während bei vierzehn nur ein Rückgang um 3,5 % zu verzeichnen war. In praktischen Tests erreichte MultiQ eine Beschleunigung um bis zum 2,3-Fachen im Vergleich zur sequenziellen Ausführung der Schaltkreise. Zudem beobachtete das Team eine bessere Hardwareauslastung, da das System Verzögerungen reduziert, die durch das wiederholte Initialisieren von Schaltkreisen entstehen. Dieser Effizienzgewinn ergibt sich aus der Verteilung der Vorbereitungszeiten und der Verringerung des Gesamtumfangs der Quantenoperationen.

Für die Zukunft planen die Forscher, MultiQ weiter zu verfeinern. Die nächsten Schritte umfassen die Steigerung der Schaltkreisgenauigkeit, die Unterstützung einer größeren Anzahl paralleler Qubits sowie die Integration von Fehlerkorrekturmechanismen, um das System noch zuverlässiger zu machen.

MultiQ stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des Quantencomputings mit neutralen Atomen dar, indem es die gleichzeitige Ausführung von Schaltkreisen ermöglicht und dabei die Genauigkeit stabil hält. Die Fähigkeit des Systems, die Verarbeitungszeit zu verkürzen und die Hardwareeffizienz zu steigern, könnte den Weg zu praktischen Quantenanwendungen beschleunigen. Künftige Arbeiten werden sich auf die Skalierung der Technologie und die Stärkung ihrer Fehlerresistenz konzentrieren.