Neue Quantenarchitektur MultiQ verdoppelt die Rechengeschwindigkeit durch parallele Schaltkreise

Neue Quantenarchitektur MultiQ verdoppelt die Rechengeschwindigkeit durch parallele Schaltkreise

Forscher der Harvard University und der Technischen Universität München haben MultiQ entwickelt – eine neue Architektur, mit der sich mehrere Quanten-Schaltkreise gleichzeitig ausführen lassen. Das System soll die Effizienz von Quantenprozessoren auf Basis neutraler Atome steigern, die häufig mit dem Abwägen zwischen Leistung und Ressourcenverbrauch kämpfen. Erste Tests deuten darauf hin, dass sich Berechnungen damit mehr als verdoppeln lassen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.

Quantencomputing mit neutralen Atomen hat in den letzten Jahren an Beliebtheit gewonnen, da es gut skalierbar ist. Doch aktuelle Systeme stehen vor einem Dilemma: Größere Schaltkreise verlieren oft an Genauigkeit, während kleinere die verfügbaren Qubits nicht optimal nutzen. MultiQ löst dieses Problem, indem es Qubit-Arrays logisch in virtuelle Zonen unterteilt. Dadurch können mehrere Schaltkreise parallel ablaufen, ohne sich gegenseitig zu stören.

Die Architektur besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Compiler, einer Steuereinheit und einer Prüfeinheit. Der Compiler erstellt zunächst optimierte Layouts für jeden Schaltkreis und fasst sie dann für die Ausführung zusammen. Dadurch verringern sich die Verzögerungen, die normalerweise entstehen, wenn Schaltkreise nacheinander initialisiert werden. Tests auf einem simulierten 64-Qubit-Prozessor zeigten eine Beschleunigung um das bis zu 2,3-Fache bei einer Reihe von Referenzalgorithmen. Um die Effizienz zu messen, führte das Team die Metrik "Quantenzyklen" ein, die sowohl die Qubit-Nutzung als auch die Abarbeitungszeit der Schaltkreise berücksichtigt. Die Experimente ergaben eine Steigerung des Durchsatzes um das 3,8- bis 12,3-Fache, wenn zwischen vier und vierzehn Schaltkreise gleichzeitig liefen. Trotz der höheren Auslastung blieb die Fehlerrate im akzeptablen Bereich – im Gegensatz zu den deutlichen Genauigkeitsverlusten, die bei großen Einzel-Schaltkreisen auftreten.

MultiQ zeigt, wie Multiprogrammierung die Leistung von Quantenprozessoren mit neutralen Atomen verbessern kann. Der Ansatz reduziert Wartezeiten, erhöht den Durchsatz und hält die Genauigkeit über verschiedene Schaltkreisgrößen hinweg stabil. Diese Fortschritte könnten dazu beitragen, Quantencomputing für praktische Anwendungen alltagstauglicher zu machen.