Quantencomputing
Classiq und ParityQC bündeln Optimierungstechnologien
Gemeinsam wollen Classiq und ParityQC über die Verbindung ihrer Technologien den Weg vom Entwurf eines Quantenalgorithmus bis zur Ausführung auf der Quantenhardware vereinfachen.
Dazu arbeiten das Quantensoftware-Unternehmen Classiq und die auf Quantenarchitektur spezialisierte Firma ParityQC zusammen, um die »Parity-Twine«-Technologie von ParityQC in die Quantensoftware-Engineering-Plattform von Classiq zu integrieren. Das geschieht in einem Projekt im Rahmen der EUREKA-Initiative Deutschland–Israel, an dem auch die Universität Innsbruck und die Bar-Ilan-Universität beteiligt sind. Ziel der Initiative ist es, innovative Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit hohem wirtschaftlichem Potenzial voranzutreiben.
Die Zusammenarbeit konzentriert sich darauf, Quantenanwendungen so in Schaltkreise zu übersetzen, dass sie auch auf Quantenhardware mit begrenzter Qubit-Konnektivität effizient laufen. Classiq bringt dabei sein universelles Optimierungsprotokoll ein, ParityQC ergänzt es um algorithmusspezifische Optimierungstechnologien. Die beiden sich ergänzenden Ansätze werden zu einer gemeinsamen Methodik zusammengeführt. Ziel ist es, die Komplexität der Schaltkreise sowie die Anzahl rechenintensiver SWAP-Operationen zu reduzieren.
Das sind SWAP-Operationen
Eine SWAP-Operation ist ein elementares Quantengatter, das die Zustände zweier Qubits miteinander vertauscht. Ein SWAP-Gatter wird auf vielen Hardwareplattformen aus drei CNOT-Gattern aufgebaut. Schon wenige zusätzliche SWAPs können daher die Gesamtzahl der Operationen deutlich erhöhen. SWAP-Operationen dienen dazu, Quanteninformationen zwischen Qubits zu verschieben, wenn sie auf der Hardware nicht direkt miteinander verbunden sind. Doch dies erfordert zusätzliche Quantengatter und erhöht die Fehleranfälligkeit. Deshalb sollte die Software Quantenalgorithmen so auf die jeweilige Hardware abbilden, dass möglichst wenige SWAP-Operationen erforderlich sind. Auf heutigen Quantencomputern bilden sie noch einen wesentlichen Engpass bei der Ausführung von Quantenprogrammen. Ihre Reduzierung zählt daher zu den wichtigsten Optimierungszielen bei der Ausführung von Quantenalgorithmen. Denn dadurch werden Schaltkreise kürzer, schneller und robuster gegenüber Fehlern – ein entscheidender Vorteil für heutige NISQ-Systeme (Noisy Intermediate-Scale Quantum).
Die »Parity Twine«-Technologie von ParityQC optimiert, wie Quanteninformationen auf unterschiedlichen Hardware-Layouts dargestellt, verteilt und verarbeitet werden. Dadurch löst sie zentrale Herausforderungen bei Routing und Konnektivität. Die Kombination aus »Parity Twine« und einem IBM Quantum Heron-Prozessor erzielte bei der Quanten-Fourier-Transformation einen neuen Benchmark-Weltrekord und übertraf den bisherigen Bestwert nahezu um das Doppelte. In Verbindung mit der »Model-First«-Plattform von Classiq können Teams effizientere Quantenprogramme entwickeln und sie flexibel auf unterschiedlichen Quantensystemen einsetzen.
»Quantencomputing wird erst dann in großem Maßstab praxistauglich, wenn die Softwareebene die Lücke zwischen algorithmischer Absicht und den Einschränkungen realer Maschinen automatisch überbrücken kann«, sagt Nir Minerbi, Mitgründer und CEO von Classiq. »Durch die Zusammenarbeit mit ParityQC verbinden wir die Automatisierung von Quanten-Software auf hoher Ebene mit hardwareorientierten Architekturinnovationen, so dass Entwickler Quantenanwendungen im sich weiterentwickelnden Hardware-Ökosystem effizienter erstellen, optimieren und ausführen können.«
Die deutsch-israelische Initiative schafft die Grundlage für eine skalierbare Quanten-Software-Infrastruktur, sowohl für heutige, fehleranfällige Quantensysteme als auch für künftige fehlertolerante Architekturen. Die gemeinsame Lösung ermöglicht es Entwicklern, Quantenanwendungen direkt aus der Software-Engineering-Plattform von Classiq für unterschiedliche Quantenhardware zu optimieren und bereitzustellen. Dafür bündeln Classiq und ParityQC ihre Technologien und stärken hardwareunabhängige Ansätze, die eine plattformübergreifende Nutzung ermöglichen. Das schafft gerade angesichts der rasanten Entwicklung von Quantenhardware mehr Flexibilität.
»Durch die Integration der Parity-Tools in die Plattform von Classiq wird die hardwareorientierte Kompilierung direkt in die Entwicklungsabläufe auf hoher Ebene eingebunden, wodurch die Hürden für die Erstellung nützlicher Quantenanwendungen gesenkt werden«, erklärt Wolfgang Lechner, Co-CEO von ParityQC. Seine Co-CEO Magdalena Hauser betont zudem die Bedeutung gemeinsamer Entwicklungsarbeit: Fortschritte in der Quanteninformatik seien nur durch die Bündelung komplementärer Kompetenzen möglich.
Mit den steigenden Investitionen von Unternehmen und Regierungen wächst der Bedarf an skalierbaren Architekturen und Softwarelösungen, die das Potenzial des Quantencomputings in die Praxis überführen.
Classiq und ParityQC wollen diesen Übergang beschleunigen, indem sie Automatisierung, Portabilität und hardwareorientierte Optimierung in einem gemeinsamen Entwicklungsprozess verbinden. Über die technische Integration hinaus soll die Zusammenarbeit auch die langfristige Entwicklung des Quantenökosystems stärken. Denkbare Schwerpunkte sind akademische Forschung, die Ausbildung von Fachkräften, neue Benchmarking-Methoden und künftige Standards für Quanten-Software-Infrastrukturen.