Israel: Quantum Computing as the next frontier of Human Mankind. The Israeli Start-up ‘Quantum Machines’ steps up the Quantum Eco-System: Quantum Control in Real-Time.

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Das israelische Start-up ‘Quantum Machines‘ gilt als Schrittmacher für die Entwicklung des Quantencomputers. Ist die Hardware die eine Herausforderung, so liegt die andere Herausforderung in der Software. Um es genauer zu adressieren: die Programmiersprache.

Aktuelle Programmiersprachen bilden die gängige binäre Architektur von Computern ab. Der Computer kennt zwei Zustände: Entweder 0 oder 1. Quantencomputer kennen hingegen drei Zustände. Ihre grundlegende Einheit sind nicht ‘bits’, sondern ‘qubits’. Der dritte Zustand des ‘qubits’ bildet die Gleichzeitigkeit von 0 und 1 ab.

Lange Zeit fehlte ein universaler Standard der Programmiersprache (QUA), den das israelische Unternehmen ‘Quantum Machines’ entwickelt hat und weiterhin entwickelt.

2020 war quasi der Urknall, der Moment, wo Schrödingers Katze die Kiste verlassen hat. ‘Quantum Machines‘ publizierte einen Standard, der es seitdem Wissenschafter erlaubt, Quantenprogramme auf Grundlage einer einheitlichen Programmiersprache, einem ‘unified code’, zu schreiben. ‘Quantum Machines’ hat dazu auch eine eigene Quantencloud entwickelt.

Ob es die erste Quantencloud ist, ist eine Frage der Definition, denn Fakt ist, dass IBM oder Google ebenfalls Quantenclouds vor 2020 angeboten haben.*

Quantenvorherrschaft

Die Frage der sogenannten Quantenvorherrschaft entscheidet sich eben dadurch, ob man einen unified code hat, durch welchen man hochkomplexe Algorithmen laufen lassen kann, die heute kein Computer bewältigen könnte.

Dies würde zur Quantenvorherschaft führen. Damit können Kriege noch bevor sie beginnen, gewonnen oder Krankheiten besiegt werden, bevor sie ausbrechen. Die Vision beispielsweise von einem Metavers lässt sich tatsächlich nur durch Quantencomputer realisieren. Ebenso die Kolonialisierung des Weltraums oder die Schaffung einer tatsächlichen Artificial Intelligence.

Die Beispiele der dann überlegenen Anwendungen ist nahezu unendlich. Der Quantencomputer kann alles abbilden, was herkömmliche Computer heute abbilden, nur dass Quantencomputer viermal schneller rechnen als das Licht.

Sprich Kommunikation läuft viermal schneller als das Licht. Man braucht nicht viel Visionskraft und Intuition, um zu erkennen, welches Potential hier liegt und was es bedeutet. Wer die Quantenvorherrschaft hat, hat gewonnen.

Quantum-Control in Echtzeit

Nun hat ‘Quantum Machines’ den nächsten Schritt gesetzt, indem es eine ‘Puls Processor Unit’ geschaffen hat, die der Tage präsentiert worden ist und auf den Namen ‘Hadamard’ hört.

In der Pressemitteilung wird ausgeführt: “Hadamard ist das Herzstück der OPX-Hardware von QM und ermöglicht die Orchestrierung von fortschrittlichen Quantencomputer-Algorithmen sowie die Quantenfehlerkorrektur in Echtzeit.

Die Quantum Orchestration Platform (QOP) von QM ist die führende skalierbare, cloudfähige Lösung für die Steuerung und den Betrieb von Quantencomputern. Die kombinierte Software- und Hardwareplattform ermöglicht es Forschungs- und Entwicklungsteams, die hochkomplexen Algorithmen auszuführen, die für die Bewältigung der fortschrittlichsten Herausforderungen im Quantencomputing erforderlich sind.

Das Hauptproblem, mit dem Forschungs- und Entwicklungsteams in der Quanteninformatik heute konfrontiert sind, ist die Abhängigkeit von vorgenerierten Pulssequenzen, die keine Flexibilität oder Anpassungsfähigkeit an unbekannte Variablen im Verlauf eines Quantenalgorithmus oder Experiments bieten.

Dies erfordert von den Forschern einen immensen Zeit- und Ressourcenaufwand, um ihre Algorithmen effizient auszuführen. Das Ergebnis sind in den meisten Fällen unglaublich lange Laufzeiten von Quantenalgorithmen und geringe Betriebszeiten von Quantencomputern.

Hadamard kann Protokolle orchestrieren, die bisher nicht in Echtzeit möglich waren, die Laufzeiten erheblich beschleunigen und die Leistung verbessern. Mithilfe von QUA, der ersten universellen Programmiersprache auf Quantenimpulsebene, können Forscher selbst hochkomplexe Sequenzen intuitiv programmieren, darunter Multi-Parameter-Kalibrierungen, NISQ-Algorithmen und Multi-Quantum-Fehlerkorrektur. Das Gerät ist bereits im Einsatz und hat Geschwindigkeitssteigerungen um das 5000-fache gezeigt.

Die enormen Geschwindigkeitssteigerungen und die Messungen in der Mitte des Schaltkreises, die Hadamard bietet, ermöglichen es den Forschern, fortschrittlichere Algorithmen mit branchenführender Leistung zu verfolgen und zu testen, einschließlich der Durchführung bisher unmöglicher Aufgaben wie der Quantenfehlerkorrektur in Echtzeit.

Hadamard ist ein Prozessor mit 18 Kernen, der je nach Modalität und Architektur des Quantenprozessors mit Dutzenden von Qubits gleichzeitig arbeiten kann. Jeder der Pulser-Kerne erzeugt die Impulse, mit denen die Qubits betrieben werden, empfängt die Daten von den Qubits und führt die schweren Arbeiten in Echtzeit aus, damit der Algorithmus möglichst effizient läuft.

Die Veröffentlichung ist eine bedeutende Veränderung im Quanten-Ökosystem und ein neues, bahnbrechendes Paradigma für die Quantenkontrolle“, sagte Dr. Itamar Sivan, CEO von Quantum Machines. “Wenn man unsere PPU mit alternativen Lösungen vergleicht, ist das so, als würde man ein Auto, das man manuell vorprogrammiert hat, um zur Arbeit zu fahren, mit einem völlig autonomen Auto vergleichen, das einen überall hinbringen kann. Ersteres folgt der vorprogrammierten Route, hat aber mit unvorhergesehenen Variablen auf der Straße zu kämpfen, etwa einer gesperrten Strecke oder einem Hindernis. Das autonome Fahrzeug hingegen wird mit Hilfe seiner Sensoren und seines Navigationssystems auf die Veränderungen reagieren und den schnellsten Weg finden, um das Problem zu umgehen.

ENGLISH

The Israeli start-up ‘Quantum Machines‘ is considered a pacesetter for the development of quantum computing. If the hardware is one challenge, the other lies in the software. To address it more precisely: the programming language.

Current programming languages map the common binary architecture of computers. The computer knows two states: either 0 or 1. Quantum computers, on the other hand, know three states. Their basic unit is not ‘bits’ but ‘qubits’. The third state of the ‘qubits’ represents the simultaneity of 0 and 1.

For a long time, a universal standard of the programming language (QUA) was missing, which the Israeli company ‘Quantum Machines’ has developed and continues to develop.

2020 was virtually the big bang, the moment when Schrödinger’s cat left the box. ‘Quantum Machines‘ published a standard that has since allowed scientists to write quantum programs based on a unified programming language, a ‘unified code’. Quantum Machines developed also an own quantum cloud.

Whether it is the first quantum cloud is probably a question of definition, because the fact is that IBM or Google have also offered quantum clouds before 2020.*

Quantum supremacy

The question of so-called quantum supremacy is decided precisely by whether one has a unified code through which one can run highly complex algorithms that no computer could handle today.

This would lead to quantum supremacy. With this, wars can be won before they start or diseases can be defeated before they break out. The vision of a metaverse, for example, can really only be realized by quantum computers. Likewise the colonization of space or the creation of an actual Artificial Intelligence.

The examples of then superior applications is almost infinite. The quantum computer can map everything that conventional computers map today, except that quantum computers calculate four times faster than light.

In other words, communication runs four times faster than light. It doesn’t take much vision or intuition to see the potential here and what it means. Whoever has quantum supremacy has won.

Quantum control in Real-Time

Now ‘Quantum Machines’ has taken the next step by creating a ‘Pulse Processor Unit’, which has been presented to the days and goes by the name of ‘Hadamard’. The press release states: “Hadamard will sit at the heart of QM’s OPX hardware and will enable the orchestration of advanced quantum computing algorithms as well as quantum error correction in real-time.

QM’s Quantum Orchestration Platform (QOP) is the leading scalable cloud-ready solution for the control and operation of quantum computers. The combined software and hardware platform enables R&D teams to execute the highly complex algorithms necessary for tackling the most advanced challenges facing quantum computing.

The major issue quantum R&D teams face today is the reliance on pre-generated pulse sequences that provide no agility or adaptability to unknown variables over the course of a quantum algorithm or experiment.

This requires researchers to invest immense time and resources to run their algorithms efficiently. The result, in most cases, is incredibly long runtimes of quantum algorithms and low up-times of quantum computers.

Hadamard can orchestrate protocols that were not previously possible in real-time, speed up runtimes significantly and improve performance. Utilizing QUA, the first universal quantum pulse-level programming language, researchers can intuitively program even highly complex sequences, including multi-parameter calibrations, NISQ algorithms, and multi-qubit quantum-error correction. Already in use, the unit has demonstrated speed-ups of 5000x.

The massive speed ups and mid-circuit measurements offered by Hadamard enable researchers to pursue and test more advanced algorithms with industry-leading performance, including performing previously impossible tasks such as real-time quantum error correction.

Hadamard is an 18-core processor that can operate dozens of qubits at a time, depending on the quantum processor modality and architecture. Each of the Pulser cores generates the pulses that operate the qubits, receives the data from the qubits, and performs the real-time heavy lifting for the algorithm to run most efficiently.

The release is a major shift in the quantum ecosystem and a new groundbreaking paradigm for quantum control,” said Dr. Itamar Sivan, CEO of Quantum Machines. “Comparing our PPU to alternative solutions is like comparing a car you manually pre-programmed to drive to work, and a fully autonomous car that can take you anywhere. The first will follow the pre-programmed route but will struggle with any unforeseen variables on the road, such as a closed route or obstruction. The autonomous vehicle, on the other hand, will use its sensors and navigation system to react to the changes and find the fastest way around the issue.

* Ein Mitglied aus einer IBM Forschungsabteilung hat gestern diesen Einwand erhoben, dem wir nach Überprüfung zustimmen // A member from an IBM research department raised this objection yesterday, which we agree with after review.

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