Neue Gleitkomma-Arithmetik auf Quantencomputern
News vom 20. Jan. 2022
Das Rechnen mit Gleitkommazahlen ist aus der heutigen Informationsverarbeitung nicht mehr wegzudenken. Die gatter-basierte Programmierung solcher Rechenoperationen auf klassischen und insbesondere auf Quantencomputern stellt jedoch eine komplexe Aufgabe dar. Mit der nun entwickelten Methode ist es FOKUS-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, eine 900 Prozent schnellere Berechnungsmethode für Gleitkommazahlen auf Quantencomputern zu entwickeln. Dieser Zeitvorteil bezieht sich auf einen Vergleich mit der etablierten Carry-Ripple-Arithmetik.
Rechenoperationen wie 2,5+3 lernen Schüler bereits in der Grundschule zu lösen. Die Programmierung solcher Berechnungen auf Computern und insbesondere auf Quantencomputern ist jedoch sehr komplex. Wie lassen sich z. B. Zahlen wie 7,25 als Abfolge von 1 und 0 so darstellen, dass eine effiziente Verarbeitung möglich ist. Die nun entwickelte Methode bringt für eine vorzeichenlose 32-Bit-Multiplikation eine Beschleunigung von mehr als 900 Prozent gegenüber anderen Ansätzen. Die Berechnungsmethode basiert dabei auf einem Formalismus, der eigens für diese Anwendung entwickelt wurde und beschreibt, wie eine bestimmte Art von Polynomen auf dem Quantencomputer ausgewertet werden können. Der Zeitvorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass bei der herkömmlichen Carry-Ripple Arithmetik sehr viel Zeit durch das Warten auf den Abschluss vorheriger Berechnungen verloren geht, während bei der von Fraunhofer FOKUS entwickelten Methode jederzeit nahezu vollständig parallel gearbeitet werden kann.
Neben vielen weitere Anwendungen befähigt eine effiziente Berechnung von Rechenoperationen den Quantencomputer zur Lösung von sehr komplexen Gleichungen.
Diese und weitere Funktionalitäten sollen in der Zukunft als Open-Source Pakete öffentlich verfügbar gemacht werden.