ParityQC: Paritätsbedingungen als Toolbox für Quantencomputer

Ziel eines Quantencomputers ist es mithilfe der Quantenphysik Probleme in effizienter Art zu lösen. Diese Technologie ist gerade an einem Wendepunkt: aus Experimenten die ganze Labors füllen, könnten nützliche Geräte werden, die praktische Probleme behandeln können. Die entscheidenden Fragen auf dem Weg dorthin werden diesbezüglich aber Skalierbarkeit, Robustheit und Universalität sein. Das Ziel des vorliegenden Projektes mit dem Titel Parity Quantum Computing ist es, ein neues Schema für Quantencomputer zu untersuchen, das auf einer Kombination von Paritäts- qubits und energetischen Einschränkungen (sogenannte constraints) beruht. Ein entscheidender Vorteil dieses Schemas beruht auf der konzeptuellen Trennung von logischen qubits, die das Problem beschreiben, und realen qubits. In dem Model entsprechen die physikalischen qubits der Parität von Paaren von logischen qubits. Die daraus folgende Architektur ist von großem Interesse in konkreten Implementierungen eines adiabatischen Quantencomputer, ein universeller Quantencomputer der speziell für das Lösen von Optimierungsproblemen geeignet ist. Es können im vorgeschlagenen Model alle generischen Probleme skalierbar programmiert werden wobei alle Wechselwirkungen lokal sind und unverändert bleiben können. Dies ermöglicht erstmals Implementierungen mit qubit Plattformen wie z.B. kalten Atomen in optischen Gittern, Ionen und transmon qubits, deren Eigenschaften neue Parameterbereiche eröffnen. Abgesehen von der Anwendung für künstliche Intelligenz werden mit dem Projekt fundamentale Fragen der Vielteilchenphysik untersucht.

Die Parity Architektur ist ein Bauplan für Quantencomputer. Anders als bei bisherigen Quantencomputern, beschreiben bei der Parity Architektur die Quanten-Bits (Qubits) die relative Information zwischen zwei Bits - das ist die sogenannte Parität, woraus sich auch der Name des Projektes ableitet. Wie beim Microprocessor müssen auch am Quantencomputer Operationen zwischen Bits durchgeführt werden, die sogenannten Gatter. Durch die neue Darstellung der Information durch die Parity Architektur werden diese Gatter allerdings nur mehr auf einzelnen Qubits ausgeführt. Dies führt zu skalierbareren Quantenchips und effizienten Algorithmen. So wurde z.B mit der Parity Architektur der effizienteste Algorithmus zur Fourier Transformation vorgestellt. Die Parity Architektur wird nun auch im Spin-out ParityQC GmbH kommerziell umgesetzt.