علماء يطورون أول لغة برمجة عالية المستوى للكمبيوترات الكمومية

قام علماء الحاسوب في ETH Zurich بتطوير أول لغة برمجة عالية المستوى يمكنها برمجة الكمبيوترات الكمومية بنفس الأمان والموثوقية مثل الكمبيوترات الكلاسيكية. هذا الإنجاز الجديد هو خطوة كبيرة إلى الأمام في الحوسبة الكمومية، مما يجعل مهمة برمجة الكمبيوترات الكمومية أسهل مما كانت عليه من قبل.

مارتين فيتشيك هو أستاذ علوم الحاسوب في مختبر ETH للنظم الآمنة والموثوقة والذكية (SRI).

“برمجة الكمبيوترات الكمومية لا تزال تحديًا للباحثين،” يقول فيتشيك. “وهذا هو السبب في أنني متحمس جدًا لأننا يمكن أن نواصل الآن تقليد ETH Zurich في تطوير الكمبيوترات الكمومية ولغات البرمجة.”

“لغة برمجة الكموم Silq تسمح للمبرمجين باستخدام إمكانيات الكمبيوترات الكمومية بشكل أفضل من اللغات الحالية، لأن الكود أكثر ضيقًا وأسرع وأكثر直ورية وأسهل في الفهم للمبرمجين.”

Silq تم تقديمه في مؤتمر لغات البرمجة PLDI 2020.

الكمبيوترات الكمومية مقابل الكمبيوترات الكلاسيكية

تزداد أهمية الحوسبة الكمومية، وهناك إمكانيات هائلة مع هذه التقنية. الكمبيوترات الكمومية قادرة على حل المشكلات بشكل أسرع من الكمبيوترات الكلاسيكية باستخدام الحالات الكمومية المتشابكة. في هذه الحالات، تتداخل بتات المعلومات في certains نقاط زمنية، والكمبيوترات لديها القدرة على التعامل مع القضايا التي لا تستطيع الكمبيوترات الكلاسيكية حلها في إطار زمني معقول.

في صيف 2019، شهدت الحوسبة الكمومية تقدمًا كبيرًا آخر عندما تمكن أحدها من حل مشكلة معينة بشكل أسرع من الكمبيوتر الكلاسيكي الأسرع.

حتى مع التقدم الأخير، لا تزال هناك العديد من التحديات. بعض “الخوارزميات الكمومية” لا يمكن حسابها على الأجهزة الكمومية بسبب مستوى الأخطاء العالي.

اللغة الجديدة: Silq

اللغات الحالية للبرمجة الكمومية متعلقة ارتباطًا وثيقًا بالعتاد الخاص، وهذه اللغات صعبة التعامل معها وتؤدي إلى العديد من الأخطاء. هذا بسبب الحاجة إلى تعليمات مفصلة جدًا لتنفيذ الخوارزميات الكمومية.

تم تطوير Silq لتجاوز هذا التحدي.

“Silq هي أول لغة برمجة كمومية لا يتم تصميمها في المقام الأول حول بنية ووظيفة العتاد، ولكن على تفكير المبرمجين عندما يريدون حل مشكلة – دون الحاجة إلى فهم كل تفاصيل بنية الكمبيوتر وتنفيذها،” يقول بنجامين بيشيل، طالب الدكتوراه والمسؤول عن إشراف Sliq.

Silq هي أول لغة برمجة عالية المستوى للكمبيوترات الكمومية، مما يعني أنها أكثر تعبيرًا وتتطلب moins من الكود لوصف المهام والمخارزم المعقدة. هذه الأنواع من اللغات أسهل في الاستخدام للمبرمجين ويمكن تطبيقها على مختلف بنيات الكمبيوتر.

اللغة الجديدة أيضًا تتعامل مع مشكلة الأخطاء. الكمبيوترات الكلاسيكية تستخدم طريقة حذف القيم تلقائيًا لتخفيف الذاكرة، والتي تسمى “مجموعة القمامة”. داخل الكمبيوترات الكمومية، هذا هو مشكلة أكبر بسبب التشابك الكمومي، الذي يمكن أن يسبب التفاعل بين القيم المحسوبة مسبقًا مع القيم الحالية. هذا يمكن أن يؤدي إلى التداخل مع الحساب الصحيح، لذلك يجب استخدام تقنية حساب متقدمة.

“Silq هي أول لغة برمجة تحدد وتحذف القيم التي لم تعد необходимة تلقائيًا،” يشرح بيشيل.

من أجل القيام بذلك، يتم استخدام أوامر البرمجة فقط التي لا تحتوي على أي عمليات كمومية خاصة في طريقة إلغاء الحساب.

“فريقنا من أربعة أشخاص قد حقق الإنجاز بعد عامين من العمل بفضل الجمع بين الخبرات المختلفة في تصميم اللغة والفيزياء الكمومية والتنفيذ. إذا قبلت فرق البحث والتطوير الأخرى ابتكاراتنا، فسيكون هذا نجاحًا كبيرًا،” يقول بيشيل.