Vědci vyvinuli první vysoceúrovňový programovací jazyk pro kvantové počítače

Počítačoví vědci z ETH Curych vyvinuli první vysoceúrovňový programovací jazyk, který může programovat kvantové počítače stejně bezpečně a spolehlivě jako klasické počítače. Tento nový průlom je významným krokem vpřed v oblasti kvantového počítačového vývoje, což usnadňuje programování kvantových počítačů oproti předchozím možnostem.

Martin Vechev je profesor počítačových věd v laboratoři Secure, Reliable and Intelligent Systems (SRI) na ETH.

“Programování kvantových počítačů je pro výzkumníky stále výzvou,” říká Vechev. “Proto jsem tak nadšený, že můžeme pokračovat v tradici ETH Curych v oblasti vývoje kvantových počítačů a programovacích jazyků.”

“Náš kvantový programovací jazyk Silq umožňuje programátorům lépe využít potenciál kvantových počítačů než stávající jazyky, protože kód je kompaktnější, rychlejší, intuitivnější a snazší na pochopení pro programátory.”

Silq byl představen na konferenci o programovacích jazycích PLDI 2020.

Kvantové počítače vs klasické počítače

Kvantový vývoj se stává stále důležitějším, a tato technologie má enormní potenciál. Kvantové počítače jsou schopné řešit problémy rychleji než klasické počítače pomocí zapletených kvantových stavů. V těchto stavech se informace překrývají v určitých okamžicích, a počítače mají potenciál řešit problémy, které klasické počítače nejsou schopné vyřešit v rozumném časovém rámci.

Na konci léta 2019 došlo k dalšímu významnému pokroku v oblasti kvantového vývoje, kdy jeden počítač vyřešil specifický problém rychleji než nejrychlejší klasický počítač.

I přes nedávné pokroky existují stále mnoho výzev. Některé “kvantové algoritmy” nemohou být vypočteny na kvantovém hardwaru kvůli jejich vysoké úrovni chyb.

Nový jazyk: Silq

Stávající kvantové programovací jazyky jsou úzce spojeny s konkrétním hardwarovým vybavením, a tyto jazyky jsou obtížné na zpracování a vedou k mnoha chybám. To je způsobeno nutností extrémně podrobných instrukcí pro implementaci kvantových algoritmů.

Silq byl vyvinut, aby překonal tuto výzvu.

“Silq je první kvantový programovací jazyk, který není navržen primárně kolem konstrukce a funkcionality hardwaru, ale kolem myšlení programátorů, když chtějí vyřešit problém – bez nutnosti pochopit každý detail počítačové architektury a implementace,” říká Benjamin Bichsel, doktorand a osobně zodpovědný za dohled nad Silq.

Silq je prvním vysoceúrovňovým programovacím jazykem pro kvantové počítače, což znamená, že je více expresivní a vyžaduje méně kódu pro popis složitých úkolů a algoritmů. Tyto typy jazyků jsou snazší na použití pro programátory a mohou být aplikovány na různé počítačové architektury.

Nově vyvinutý jazyk také řeší problém chyb. Klasické počítače používají metodu automatického mazání hodnot, aby uvolnily paměť, což se nazývá “garbage collection”. U kvantových počítačů je to větší problém kvůli kvantovému zapletení, které může způsobit, že dříve vypočtené hodnoty interagují s aktuálními hodnotami. To může vést k interferenci s正确ným výpočtem, a proto je nutno použít pokročilou techniku výpočtu.

“Silq je první programovací jazyk, který automaticky identifikuje a maže hodnoty, které již nejsou potřebné,” vysvětluje Bichsel.

K tomu je použito pouze programovacích příkazů, které neobsahují žádné speciální kvantové operace, ve své metodě odpočtu.

“Náš tým čtyř lidí dosáhl průlomu po dvou letech práce díky kombinaci různých odborných znalostí v oblasti jazykového designu, kvantové fyziky a implementace. Pokud ostatní výzkumné a vývojové týmy přijmou naše inovace, bude to velký úspěch,” říká Bichsel.