Videnskabsmænd udvikler den første højniveaueringsprogrammeringssprog til kvantesystemer

Datavidenskabsmænd fra ETH Zurich har udviklet det første højniveaueringsprogrammeringssprog, der kan programmere kvantesystemer lige så sikkert og pålideligt som klassiske computere. Den nye gennembrud er et stort skridt fremad i kvantecomputering, hvilket gør det meget lettere at programmere kvantesystemer end før.

Martin Vechec er professor i datavidenskab på ETH’s Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI).

“At programmere kvantesystemer er stadig en udfordring for forskerne,” siger Vechev. “Det er derfor, jeg er så begejstret for, at vi nu kan fortsætte ETH Zürichs tradition i udviklingen af kvantesystemer og programmeringssprog.”

“Vores kvanteprogrammeringssprog Silq giver programmørerne mulighed for at udnytte potentialen i kvantesystemer bedre end med eksisterende sprog, fordi koden er mere kompakt, hurtigere, mere intuitiv og lettere at forstå for programmørerne.”

Silq blev præsenteret på programmeringssprogskonferencen PLDI 2020.

Kvantesystemer vs. Klassiske Computere

Kvantecomputering bliver mere og mere vigtig, og der er enorm potentiale i teknologien. Kvantesystemer kan løse problemer hurtigere end klassiske computere ved at bruge kvantemekaniske tilstande. Det er i disse tilstande, hvor bits af information overlapper på bestemte tidspunkter, og computere har potentialet til at tackle problemer, som klassiske computere ikke kan løse på en rimelig tid.

I sensommeren 2019 så kvantecomputering en ny stor fremgang, da man kunne løse et bestemt problem hurtigere end den hurtigste klassiske computer.

Selv med de seneste fremgang, er der stadig mange udfordringer. Nogle “kvantalgoritmer” kan ikke beregnes på kvante-hardware på grund af deres høje fejlrate.

Det Nye Sprog: Silq

De nuværende kvanteprogrammeringssprog er tæt relateret til bestemt hardware, og disse sprog er svære at arbejde med og resulterer i for mange fejl. Dette skyldes behovet for ekstremt detaljerede instruktioner for implementering af kvantalgoritmer.

Silq blev udviklet for at overvinde denne udfordring.

“Silq er det første kvanteprogrammeringssprog, der ikke er designet primært omkring konstruktion og funktion af hardwaren, men om programmørernes mindset, når de vil løse et problem — uden at kræve, at de forstår hver enkelt detalje af computerarkitekturen og implementeringen,” siger Benjamin Bichsel, en ph.d.-studerende og den ansvarlige for Silq.

Silq er det første højniveaueringsprogrammeringssprog for kvantesystemer, hvilket betyder, at det er mere udtryksfuldt og kræver mindre kode til at beskrive komplekse opgaver og algoritmer. Disse typer sprog er lettere at bruge for programmørerne og kan anvendes på forskellige computerarkitekturer.

Det nyligt udviklede sprog løser også problemet med fejl. Klassiske computere bruger metoden med automatisk sletning af værdier for at lette hukommelsen, som kaldes “skraldespand”. I kvantesystemer er dette et større problem på grund af kvantemekanisk sammenfiltring, som kan få tidligere beregnede værdier til at interagere med nuværende værdier. Dette kan føre til interferens med den korrekte beregning, så en avanceret beregningsmetode må bruges.

“Silq er det første programmeringssprog, der automatisk identificerer og sletter værdier, der ikke længere er nødvendige,” forklarer Bichsel.

For at gøre dette bruges kun programmeringskommandoer, der ikke indeholder nogen speciel kvanteoperation i deres ukomputationmetode.

“Vores team på fire har opnået gennembruddet efter to års arbejde takket være kombinationen af forskellige ekspertiser i sprogdesign, kvantefysik og implementering. Hvis andre forsknings- og udviklingsteams omfatter vores innovationer, vil det være en stor succes,” siger Bichsel.