MultiQ revolutioniert Quantencomputing mit parallelen Schaltkreisen auf neutralen Atomen
Laura Thanel
MultiQ revolutioniert Quantencomputing mit parallelen Schaltkreisen auf neutralen Atomen
Forscher der Technischen Universität München und der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) haben MultiQ vorgestellt – eine bahnbrechende Architektur für Quantenprozessoren auf Basis neutraler Atome. Das System ermöglicht es, mehrere Quantenschaltkreise gleichzeitig auszuführen und behebt damit zentrale Ineffizienzen aktueller Hardware. Erste Tests zeigen, dass es Berechnungen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mehr als verdoppeln könnte.
Quantencomputer mit neutralen Atomen gewinnen zunehmend an Bedeutung, dank ihrer Skalierbarkeit. Bisherige Systeme stehen jedoch vor einem Dilemma: Größere Schaltkreise verlieren oft an Präzision, während kleinere die verfügbaren Qubits nicht optimal nutzen. MultiQ löst dieses Problem, indem es das Qubit-Array logisch in virtuelle Zonen unterteilt – so werden Ressourcenverschwendung und Initialisierungsverzögerungen reduziert.
Die Architektur basiert auf einem dreiteiligen System: einem Compiler, einer Steuereinheit und einer Prüfeinheit. Gemeinsam generieren sie optimierte Layouts für die parallele Ausführung von Schaltkreisen. Ein neuartiges, graphenbasiertes Framework unterstützt dabei die Partitionierung und Abbildung der Schaltkreise auf die Quanteneinheit (QPU) und steigert so die Effizienz weiter.
Experimente belegen deutliche Leistungssteigerungen: Bei der gleichzeitigen Ausführung von vier bis vierzehn Schaltkreisen steigert MultiQ den Durchsatz um das 3,8- bis 12,3-Fache – und das ohne Einbußen bei der Präzision. Bei einem Standard-Benchmark-Satz erreichte die Beschleunigung bis zu 2,3 Mal im Vergleich zur sequenziellen Abarbeitung.
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Entwickelt wurde MultiQ 2025 von Philipp Rebentrost, Ali H. Alfaili und ihrem Team an der KAUST. Im Fokus steht die Minimierung des Overheads durch Kontextwechsel. Dieser Ansatz maximiert die Rechenleistung der QPU und nutzt die vorhandene Hardware deutlich effizienter.
MultiQ markiert einen bedeutenden Fortschritt für die Quantencomputing-Technologie mit neutralen Atomen. Durch die Ermöglichung paralleler Schaltkreisausführung reduziert es Leerlaufzeiten und erhöht die Gesamteffizienz. Die Fähigkeit, Präzision bei gleichzeitig gesteigertem Durchsatz zu erhalten, könnte die Entwicklung zukünftiger Quantenhardware maßgeblich prägen.
