Neue Metrik zeigt: Welche Quantencompiler passen sich am besten an Hardware an?
Sylke Schmiedt
Neue Metrik zeigt: Welche Quantencompiler passen sich am besten an Hardware an?
Ein Forscherteam hat eine neue Methode entwickelt, um zu messen, wie gut Quanten-Software sich an verschiedene Hardware anpasst. Luke Southall, Joshua Ammermann, Rinor Kelmendi, Domenik Eichhorn und Ina Schaefer haben eine Metrik erarbeitet, mit der sich die sogenannte 'Retargetability' (Anpassungsfähigkeit) führender Quantencompiler bewerten lässt. Ihre Studie verglich die Systeme Tket, Qiskit und ProjectQ und deckte dabei deutliche Leistungsunterschiede auf verschiedenen Maschinen auf.
Die Arbeit adressiert eine wachsende Herausforderung im Quant Computing: die Gewährleistung, dass Software reibungslos auf unterschiedlichster und sich ständig weiterentwickelnder Hardware läuft. Da Hersteller wie IBM, Google, Rigetti und IonQ verschiedene Architekturen anbieten – etwa Gitter- oder Heavy-Hex-Qubit-Anordnungen, unterschiedliche Gatesets und Qubit-Typen –, gestaltet sich die Portierung von Programmen zwischen den Systemen zunehmend schwierig.
Um dieses Problem zu lösen, konzipierte das Team eine Nutzerstudie, um die Anpassungsfähigkeit empirisch zu testen. Dabei analysierten sie, wie leicht sich Quantenprogramme umschreiben lassen, wenn die Hardware mit ihren jeweiligen Einschränkungen wechselt. Die Ergebnisse zeigten, dass Tket am besten abschnitt, gefolgt von Qiskit, während ProjectQ hinterherhinkte.
Die entwickelte Metrik bewertet, wie gut Compiler mit Veränderungen in der Qubit-Vernetzung, den Gate-Operationen, den Qubit-Modalitäten und den Fehlerraten zurechtkommen. Indem sie eine klare Vergleichsgrundlage für die Anpassungsfähigkeit schafft, soll die Studie Entwicklern in der Ära der Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ)-Technologie die Entscheidungsfindung erleichtern.
Die Erkenntnisse bieten Quanten-Softwareingenieuren ein praktisches Werkzeug, um die für ihre Zwecke am besten geeigneten Compiler auszuwählen. Gleichzeitig legt die Methodik den Grundstein für künftige Verbesserungen in der Quanten-Softwareentwicklung. Angesichts der zunehmenden Vielfalt an Hardware könnte diese Forschung den Fortschritt beschleunigen, indem sie Kompatibilitätshürden verringert.
