HyperQ bringt Multi-User-Funktionen in die Quanteninformatik

Forscher der Columbia University haben HyperQ vorgestellt – eine bahnbrechende Technologie, die es mehreren Nutzern ermöglicht, gleichzeitig Programme auf einem Quantencomputer auszuführen. Sie funktioniert wie eine virtuelle Maschine für Quantensysteme, indem sie die physische Quantenhardware in mehrere isolierte virtuelle Umgebungen aufteilt. Ein intelligenter Scheduler verteilt die Arbeitslasten und sorgt so für einen stabilen und effizienten Betrieb ohne lange Warteschlangen.

In herkömmlichen Quantencomputern machen starke Verbindungen zwischen Qubits den Mehrbenutzerbetrieb nahezu unmöglich. HyperQ löst dieses Problem, indem es einen „Puffer“ aus inaktiven Qubits um jede virtuelle Maschine herum schafft. Dieser Puffer verhindert, dass sich Rauschen und Störungen auf das gesamte System ausbreiten.

Von Tagen zu Stunden

Die meisten heutigen Quantencomputer unterstützen nur einen einzigen Nutzer. Sie sind zudem extrem teuer: Die Entwicklungskosten liegen bei 10–15 Millionen US-Dollar, die jährliche Wartung kostet über 1 Million. Trotz dieser Kosten bleibt ihre Kapazität oft ungenutzt, da nur ein Benutzer gleichzeitig arbeiten kann.

HyperQ ändert das. Es arbeitet dynamisch mit bestehenden Werkzeugen für Quantenprogrammierung, ohne spezielle Compiler oder vorab geplante Workloads zu benötigen. Der Scheduler optimiert Zeit und Ressourcen, indem er festlegt, welche Qubits für jede Aufgabe benötigt werden und wie lange sie aktiv sind.

Getestet und bewährt

Das Team testete HyperQ auf dem Quantencomputer IBM Brisbane, der auf dem 127-Qubit-Eagle-Chipsatz basiert. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Die durchschnittliche Wartezeit sank um das 40-Fache. Projekte, die früher Tage dauerten, konnten nun in wenigen Stunden abgeschlossen werden. Zudem erhöhte das System die Anzahl gleichzeitig ausgeführter Programme um das Zehnfache.

Mit HyperQ rückt die Quanteninformatik näher an die Flexibilität von Cloud-Plattformen wie AWS und Azure – jedoch für das Quantenzeitalter.