ParityQC bringt mit Twine Optimizer seine Compiler-Technologie auf den Markt

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Das Innsbrucker Quanten-Startup ParityQC hat diese Woche den Parity Twine Optimizer gelauncht. Damit macht die Jungfirma ihre Compiler-Technologie als Produkt verfügbar, mit der sie zuvor einen Weltrekord bei der Ausführung der Quantum Fourier Transform aufgestellt hat. Vereinfacht gesagt: Ein Tiroler Unternehmen macht Quantencomputer praktisch nutzbarer, und zwar so überzeugend, dass IBM das Produkt auf seine eigene Plattform holt.

Warum weniger Rechenschritte so wichtig sind

Um zu verstehen, was ParityQC da gebaut hat, hilft ein Blick auf das Grundproblem der Branche. Quantencomputer sind extrem leistungsfähig, aber auch sehr fehleranfällig. Jeder einzelne Rechenschritt auf dem Chip kostet ein Stück Präzision, und mit jedem weiteren Schritt summieren sich die Fehler. Je länger eine Berechnung dauert, desto unzuverlässiger wird das Ergebnis.

Genau hier setzt ParityQC an. Das Startup löst dieselbe Aufgabe mit deutlich weniger Schritten. Das bedeutet weniger Fehler und damit auch, dass sich größere Probleme überhaupt erst sinnvoll auf heutiger Hardware berechnen lassen.

Das Werkzeug dafür heißt Parity Twine. Es handelt sich um einen Compiler, also eine Software, die ein Rechenproblem in die Sprache des Quantencomputers übersetzt. Der Clou: Parity Twine macht das besonders effizient und kommt mit möglichst wenigen Rechenschritten aus.

Weltrekord bei der Quantum Fourier Transform

Wie gut das funktioniert, hat ParityQC bereits vorab demonstriert. Die Quantum Fourier Transform ist ein grundlegender Rechenbaustein, auf dem viele Quanten-Algorithmen aufbauen. ParityQC hat diesen Baustein auf einem IBM-Quantenrechner in einer Größe ausgeführt, die zuvor niemand geschafft hatte. Daraus resultiert der Weltrekord, auf dem das neue Produkt nun aufbaut.

Platz im IBM Qiskit Functions Catalog

Der Parity Twine Optimizer basiert auf der ParityQC Architecture und ist ab sofort im IBM Qiskit Functions Catalog verfügbar, inklusive kostenlosem 30-Tage-Trial für Mitglieder des IBM Quantum Network. Den Katalog kann man sich als eine Art Startup-Hub für Quantencomputing vorstellen: IBM listet dort ausgewählte Software von Drittanbietern, die Kund:innen direkt auf IBMs Quantenrechnern nutzen können. Laut ParityQC gehört das Innsbrucker Unternehmen damit zu nur sieben Anbietern, die IBM dort aufgenommen hat. Für ein österreichisches Quanten-Startup ist das eine bemerkenswerte Auszeichnung.

Entwickler:innen und Unternehmen erhalten so Zugang zu einer Technologie, die komplexe Optimierungsprobleme effizienter auf echter Quantum-Hardware löst. Typische Beispiele für solche Probleme sind etwa Routenplanung, Logistik oder die Zusammenstellung von Portfolios, bei denen aus sehr vielen möglichen Kombinationen die beste gefunden werden muss.

Was der Compiler technisch leistet

Die Parity Twine Compilation reduziert laut veröffentlichten Ergebnissen die Zahl der Rechenoperationen (Gate Count) und die Länge der Berechnung (Circuit Depth) bei Quantum-Optimierung signifikant. Besonders relevant ist das bei sogenannten Two-Qubit-Gates, also Operationen, bei denen zwei Qubits miteinander verschränkt werden. Diese sind auf heutiger Hardware besonders fehleranfällig. Parity Twine minimiert genau diesen Overhead beim Kompilieren industrierelevanter Optimierungsprobleme. Dadurch lassen sich größere und dichter vernetzte Probleme auf aktueller Quantum-Hardware ausführen.

Ein wesentlicher Trick: Der Compiler kommt ohne sogenannte SWAP-Operationen aus. Diese werden normalerweise gebraucht, um Qubits auf dem Chip gewissermaßen umzusortieren, wenn zwei Qubits miteinander rechnen sollen, die physisch nicht nebeneinander liegen. Jeder dieser Umwege kostet Zeit und Präzision. Parity Twine erzeugt stattdessen Schaltkreise, die von vornherein auf die Struktur des jeweiligen Chips und die Dichte des Problems abgestimmt sind. Die Qualität des Algorithmus bleibt dabei erhalten, die Berechnung läuft aber schneller und sammelt weniger Fehler an. ParityQC verspricht außerdem eine besser planbare Nutzung der Quantenprozessoren, wenn Optimierungsaufgaben größer werden.

„Effizientester Quantum-Compiler“

Der Parity Twine Optimizer integriert sich direkt in bestehende Workflows. Mitglieder des IBM Quantum Network können die Technologie ohne Änderungen an ihrem Setup in ihre eigenen Optimierungsprobleme einbinden und auf IBMs Quantenrechnern testen. Unterstützt werden sowohl die sogenannte Heavy-Hex-Anordnung der Qubits, wie sie IBMs Heron-Prozessor nutzt, als auch quadratische Gitterstrukturen wie beim neueren IBM Nighthawk. Der zugrundeliegende Compiler selbst ist hardware-unabhängig und auch über ParityOS, die Software-Plattform von ParityQC, verfügbar. Weitere Zugangswege sind geplant.

„Indem wir den Parity Twine Optimizer als IBM Qiskit Function anbieten, stellen wir der Quantum-Community ein Tool zur Verfügung, das nach unserem aktuellen Stand den effizientesten Quantum-Compiler für größere und stärker vernetzte Probleme auf echter Hardware bietet“, erklären Magdalena Hauser und Wolfgang Lechner, Co-CEOs von ParityQC.

Scott Crowder, Vice President für IBM Quantum Adoption and Business Development, ergänzt: „Effizienz ist entscheidend für nützliche Ergebnisse auf heutigen Quantencomputern. Mit ParityQCs Parity Twine Optimizer, der jetzt im IBM Qiskit Functions Catalog verfügbar ist, haben unsere Kund:innen im IBM Quantum Network ein neues, leistungsstarkes Tool, das mit den komplexen Optimierungsproblemen skaliert, die sie erforschen.“

ParityQC baut an hochskalierbaren Quantencomputern

ParityQC positioniert sich als Quantum Architecture Company und entwickelt Baupläne sowie Software für skalierbare Quantencomputer. Die ParityQC Architecture soll grundlegende Grenzen beim Skalieren von Quantencomputern überwinden: Sie ermöglicht vollständig programmierbare Quantenchips mit vereinfachtem Design, einfacherer Steuerung und integrierter Fehlerkorrektur. Das Jungunternehmen arbeitet dafür mit Hardware-Partnern weltweit zusammen. Die Bandbreite reicht von Optimierungsproblemen auf heutigen, noch fehleranfälligen Quantenrechnern (NISQ-Devices) bis hin zu fehlerkorrigierten Quantencomputern für allgemeine Anwendungen.