Gli scienziati sviluppano il primo linguaggio di programmazione di alto livello per computer quantistici

Gli scienziati informatici dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato il primo linguaggio di programmazione di alto livello che può programmare computer quantistici in modo altrettanto sicuro e affidabile come i computer classici. La nuova scoperta rappresenta un grande passo avanti nel campo dei computer quantistici, rendendo più facile la programmazione dei computer quantistici rispetto a prima.

Martin Vechec è un professore di scienze informatiche nel laboratorio di sistemi sicuri, affidabili e intelligenti (SRI) dell’ETH.

“La programmazione dei computer quantistici è ancora una sfida per i ricercatori”, afferma Vechev. “È per questo che sono così entusiasta che possiamo ora continuare la tradizione dell’ETH di Zurigo nello sviluppo di computer quantistici e linguaggi di programmazione”.

“Il nostro linguaggio di programmazione quantistica Silq consente ai programmatori di utilizzare al meglio le potenzialità dei computer quantistici rispetto ai linguaggi esistenti, poiché il codice è più compatto, più veloce, più intuitivo e più facile da capire per i programmatori”.

Silq è stato presentato alla conferenza sui linguaggi di programmazione PLDI 2020.

Computer quantistici vs computer classici

L’elaborazione quantistica sta diventando sempre più importante e ci sono enormi potenzialità con questa tecnologia. I computer quantistici sono in grado di risolvere problemi più velocemente dei computer classici utilizzando stati quantistici intrecciati. È in questi stati che i bit di informazione si sovrappongono in certi punti del tempo e i computer hanno la possibilità di affrontare problemi che i computer classici non sono in grado di risolvere in un tempo ragionevole.

Nella tarda estate del 2019, l’elaborazione quantistica ha visto un altro grande progresso quando è stato possibile risolvere un problema specifico più velocemente del computer classico più veloce.

Anche con i recenti progressi, ci sono ancora molte sfide. Alcuni “algoritmi quantistici” non possono essere calcolati su hardware quantistico a causa del loro alto livello di errori.

Il nuovo linguaggio: Silq

I linguaggi di programmazione quantistica attuali sono strettamente legati a specifici hardware e questi linguaggi sono difficili da gestire e producono troppi errori. Ciò è dovuto alla necessità di istruzioni estremamente dettagliate per implementare algoritmi quantistici.

Silq è stato sviluppato per superare questa sfida.

“Silq è il primo linguaggio di programmazione quantistica che non è progettato principalmente intorno alla costruzione e alla funzionalità dell’hardware, ma sulla mentalità dei programmatori quando vogliono risolvere un problema – senza richiedere loro di capire ogni dettaglio dell’architettura del computer e dell’implementazione”, afferma Benjamin Bichsel, uno studente di dottorato e responsabile dell’overseeing di Sliq.

Silq è il primo linguaggio di programmazione di alto livello per computer quantistici, il che significa che è più espressivo e richiede meno codice per descrivere compiti e algoritmi complessi. Questi tipi di linguaggi sono più facili da usare per i programmatori e possono essere applicati a diverse architetture di computer.

Il linguaggio appena sviluppato affronta anche il problema degli errori. I computer classici utilizzano il metodo di cancellazione automatica dei valori per liberare la memoria, che è chiamato “raccolta di spazzatura”. All’interno dei computer quantistici, questo è un problema più grande a causa dell’intreccio quantistico, che può far interagire i valori precedentemente calcolati con quelli attuali. Ciò può portare a interferenze con il calcolo corretto, quindi è necessario utilizzare una tecnica di calcolo avanzata.

“Silq è il primo linguaggio di programmazione che identifica e cancella automaticamente i valori che non sono più necessari”, spiega Bichsel.

Per farlo, vengono utilizzati solo comandi di programmazione che non contengono operazioni quantistiche speciali nel loro metodo di cancellazione.

“Il nostro team di quattro persone ha fatto questo passo avanti dopo due anni di lavoro grazie alla combinazione di diverse competenze nella progettazione del linguaggio, nella fisica quantistica e nell’implementazione. Se altri team di ricerca e sviluppo adottano le nostre innovazioni, sarà un grande successo”, afferma Bichsel.