MIT-Forscher revolutionieren Quantencomputing mit parallelen Schaltkreisen

MIT-Forscher revolutionieren Quantencomputing mit parallelen Schaltkreisen

Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben MultiQ vorgestellt – eine neuartige Architektur, die es ermöglicht, mehrere Quanten-Schaltkreise gleichzeitig auszuführen. Das System soll die verlorene Zeit beim Wechsel zwischen Aufgaben deutlich reduzieren und die Rechengeschwindigkeit spürbar steigern. Tests zeigen, dass sich der Durchsatz damit um das bis zu 12,3-Fache erhöhen lässt, während die Fehlerrate kontrolliert bleibt.

Das Team hinter MultiQ – David Alvarez-Melis, Nicolo Fusi und Tommi S. Jaakkola – konzentrierte sich darauf, die Verarbeitung mehrerer Schaltkreise in Quantenprozessoren zu optimieren. Aktuelle Systeme mit neutralen Atomen leiden oft unter ineffizienter Nutzung der Qubits und langsamen Initialisierungsprozessen. Ihre Lösung besteht darin, Qubit-Arrays logisch aufzuteilen, sodass Schaltkreise parallel mit minimalen Verzögerungen ablaufen können.

Kernstück von MultiQ ist ein Compiler, der für jeden Schaltkreis virtuelle Layouts erstellt. Vor der Ausführung optimiert das System diese Layouts individuell und bündelt sie anschließend für die Hardware-Verarbeitung. Ein graphenbasiertes Framework und ein heuristischer Partitionierungsalgorithmus verfeinern den Prozess weiter und sorgen für einen reibungsloseren Ablauf. Experimente auf einem simulierten 64-Qubit-Quantenprozessor (QPU) demonstrierten das Potenzial des Systems: Beim Skalieren von vier auf vierzehn Schaltkreise stieg der Durchsatz von 3,8- auf 12,3-mal schneller an. Die Genauigkeit blieb stabil, und einige Quantenalgorithmen beschleunigten sich um bis zu 2,3-mal.

Zudem umfasst die Architektur eine Steuereinheit zur Verwaltung der Ausführung und eine Prüfeinheit zur Überprüfung der Ergebnisse. Gemeinsam bilden diese Komponenten ein vollständiges System für das Multiprogramming auf neutralen-Atom-Hardware.

Der Ansatz von MultiQ könnte die Effizienz von Quantencomputern mit neutralen Atomen deutlich verbessern. Durch die Reduzierung von Overhead und die optimale Nutzung der Qubits ermöglicht das System schnellere Berechnungen – ohne Kompromisse bei der Präzision. Die Forschung markiert einen praktischen Schritt hin zur Skalierung von Quantenverarbeitung für reale Anwendungen.