Tutkijat kehittivät ensimmäisen korkean tason ohjelmointikielen kvanttitietokoneille

Sveitsin ETH Zürichin tietokonetieteilijät ovat kehittäneet ensimmäisen korkean tason ohjelmointikielen, joka voi ohjelmoida kvanttitietokoneita yhtä turvallisesti ja luotettavasti kuin klassiset tietokoneet. Uusi läpimurto on suuri askel kvanttiteknologian kehityksessä, ja se tekee kvanttitietokoneiden ohjelmoinnista helpompaa kuin ennen.

Martin Vechev on tietokonetieteen professori ETH Zürichin Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI) -laboratoriossa.

“Kvanttitietokoneiden ohjelmointi on edelleen haaste tutkijoille”, Vechev sanoo. “Sen vuoksi olen niin innoissani, että voimme jatkaa ETH Zürichin perinnettä kvanttitietokoneiden ja ohjelmointikielten kehityksessä.”

“Meidän kvanttiohjelmointikielimme Silq sallii ohjelmoijien hyödyntää kvanttitietokoneiden potentiaalia paremmin kuin olemassa olevilla kielillä, koska koodi on tiivimpi, nopeampi, intuitiivisempi ja helpompi ymmärtää ohjelmoijille.”

Silq esiteltiin ohjelmointikielten konferenssissa PLDI 2020.

Kvanttitietokoneet vs. Klassiset tietokoneet

Kvanttilaskenta on tulevaisuuden teknologiaa, ja sillä on valtavat mahdollisuudet. Kvanttitietokoneet pystyvät ratkaisemaan ongelmia nopeammin kuin klassiset tietokoneet käyttämällä kvantti-entanglementeja. Näissä tiloissa informaation bitit limittyvät tiettyinä aikoina, ja tietokoneet pystyvät ratkaisemaan ongelmia, joita klassiset tietokoneet eivät pysty ratkaisemaan kohtuullisessa ajassa.

Syksyn 2019 aikana kvanttilaskenta teki jälleen suuren edistysaskeleen, kun yksi pystyi ratkaisemaan tietyn ongelman nopeammin kuin nopein klassinen tietokone.

Vaikka edistysaskelia on tehty, haasteita on edelleen paljon. Jotkut “kvantti-algoritmit” eivät voi laskea kvantti-laitteilla johtuen niiden suuresta virhemäärästä.

Uusi kieli: Silq

Nykyiset kvanttiohjelmointikielet ovat läheisesti kytköksissä tiettyyn laitteistoon, ja nämä kielet ovat vaikeita käsitellä ja aiheuttavat paljon virheitä. Tämä johtuu siitä, että kvantti-algoritmien toteuttamiseen vaaditaan erittäin yksityiskohtaisia ohjeita.

Silq kehitettiin ylittämään tämä haaste.

“Silq on ensimmäinen kvanttiohjelmointikieli, joka ei ole suunniteltu ensisijaisesti laitteiston rakenteen ja toiminnan mukaan, vaan ohjelmoijan ajattelutapaan, kun he haluavat ratkaista ongelman – ilman, että heidän tarvitsee ymmärtää laitteiston arkkitehtuuri ja toteutus”, sanoo Benjamin Bichsel, joka on tohtorikoulutettava ja Silq:n kehityksen vastaava.

Silq on ensimmäinen korkean tason ohjelmointikieli kvanttitietokoneille, mikä tarkoittaa, että se on enemmän ilmaisuvoimainen ja vaatii vähemmän koodia monimutkaisten tehtävien ja algoritmien kuvaamiseen. Tällaiset kielet ovat helpompia ohjelmoijille ja sovellettavissa eri tietokonearkkitehtuureihin.

Uusi kieli ratkaisee myös virheiden ongelman. Klassiset tietokoneet käyttävät “roskankeräys”-menetelmää, jossa arvoja poistetaan automaattisesti vapauttaakseen muistia. Kvanttitietokoneissa tämä on suurempi ongelma kvantti-entanglementin vuoksi, joka voi aiheuttaa aiemmin laskettujen arvojen vuorovaikutuksen nykyisten arvojen kanssa. Tämä voi johtaa interferenssiin laskennan kanssa, joten edistyneitä laskentamenetelmiä on käytettävä.

“Silq on ensimmäinen ohjelmointikieli, joka tunnistaa ja poistaa automaattisesti arvot, jotka eivät enää ole tarpeen”, Bichsel selittää.

Tätä varten käytetään ainoastaan ohjelmointikäskyjä, jotka eivät sisällä erityisiä kvanttioperaatioita niiden “uncomputation”-menetelmässä.

“Meidän neljän hengen tiimimme on saavuttanut läpimurron kahden vuoden työn jälkeen kielen suunnittelun, kvanttifysiikan ja toteutuksen yhdistelmän ansiosta. Jos muut tutkimus- ja kehitystiimit omaksuvat innovaatiomme, se on suuri menestys”, Bichsel sanoo.