Zwischen der Theorie von Quantenalgorithmen und der Realität heutiger Quantencomputer klafft eine Lücke: Während Algorithmen oft maximale Flexibilität voraussetzen, sind die physikalischen Systeme häufig eingeschränkt. Wie man diese Grenzen überwindet und dabei Effizienzgewinne ermöglicht, erzählen uns Dr. Florian Dreier und Dr. Christoph Fleckenstein von ParityQC im Interview.
In vielen Quantencomputern können Qubits nur mit einer begrenzten Zahl an Nachbarn direkt interagieren. Rechenoperationen mit weiter entfernten Qubits müssen daher aufwendig umgebaut werden, damit jedes Qubit mit allen anderen interagieren kann. Genau das verschärft jedoch eines der zentralen Probleme heutiger Quantencomputer: die begrenzte Zeit entlang derer praktische Berechnungen durchgeführt werden können.
Genau hier setzt die wissenschaftliche Studie „Connectivity-aware Synthesis of Quantum Algorithms“ an. Forschende von ParityQC und der Universität Innsbruck stellen darin einen Ansatz mit sogenannten Parity Twine Chains vor: CNOT-basierte Bausteine, die an die jeweilige Qubit-Konnektivität angepasst sind und eine effizientere Implementierung von Quantenalgorithmen ermöglichen.
Neuer Ansatz, bessere Ergebnisse
Die Arbeit betrachtet dabei zwei wichtige Kenngrößen: Gate Count, also die Zahl der benötigten Gatter, und Circuit Depth, die beschreibt, wie viele aufeinanderfolgende Ebenen von logischen Gattern ein Algorithmus benötigt. Für die Umsetzung von Algorithmen wie der Quantum Fourier Transform (QFT) und des Quantum Approximate Optimization Algorithm berichten die Forschenden, dass Parity Twine etablierte Vergleichsmethoden übertrifft. Für bestimmte Fälle weisen sie zudem nach, dass die erreichte Gate Count und Circuit Depth dem theoretisch möglichen Optimum entsprechen.
Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, den physikalischen Aufbau eines Quantenprozessors bereits bei der Umsetzung von Algorithmen mitzudenken.
Im ersten hqic-Podcast mit Dr. Christian Ertler haben wir über ParityQC, die Arbeit des Unternehmens und das Hamburger Ökosystem gesprochen. Diesmal richten wir den Blick auf die wissenschaftliche Arbeit: Gemeinsam mit Dr. Florian Dreier und Dr. Christoph Fleckenstein sprechen wir darüber, wie eng der Aufbau eines Quantencomputers mit der Effizienz von Quantenalgorithmen verknüpft ist, was Gate Count und Circuit Depth konkret bedeuten und welche unerwarteten Fragen sich im Laufe der Forschung ergeben können.
