Wetenschappers ontwikkelen eerste high-level programmeertaal voor quantumcomputers

Computerwetenschappers aan de ETH Zurich hebben de eerste high-level programmeertaal ontwikkeld die quantumcomputers net zo veilig en betrouwbaar kan programmeren als klassieke computers. Deze doorbraak is een grote stap voorwaarts in quantumcomputing, waardoor het programmeren van quantumcomputers een stuk eenvoudiger wordt.

Martin Vechec is een professor in de computerwetenschappen aan de Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI) van de ETH.

“Het programmeren van quantumcomputers is nog steeds een uitdaging voor onderzoekers”, zegt Vechev. “Daarom ben ik zo enthousiast dat we nu de traditie van de ETH Zurich in de ontwikkeling van quantumcomputers en programmeertalen kunnen voortzetten.”

“Onze quantumprogrammeertaal Silq stelt programmeurs in staat om het potentieel van quantumcomputers beter te benutten dan met bestaande talen, omdat de code compacter, sneller, intuïtiever en gemakkelijker te begrijpen is voor programmeurs.”

Silq werd gepresenteerd op de programmeertalenconferentie PLDI 2020.

Quantumcomputers vs Klassieke Computers

Quantumcomputing wordt steeds belangrijker, en er is enorm potentieel in deze technologie. Quantumcomputers kunnen problemen sneller oplossen dan klassieke computers door gebruik te maken van verstrengelde quantumtoestanden. Het is in deze toestanden waarin bits van informatie op bepaalde momenten overlappen, en de computers hebben het potentieel om problemen aan te pakken die klassieke computers niet in een redelijke tijd kunnen oplossen.

In de late zomer van 2019 zag quantumcomputing een andere grote doorbraak toen een quantumcomputer een specifiek probleem sneller kon oplossen dan de snelste klassieke computer.

Ondanks de recente doorbraken, zijn er nog veel uitdagingen. Sommige “quantumalgoritmes” kunnen niet worden berekend op quantumhardware vanwege hun hoge foutniveau.

De Nieuwe Taal: Silq

Huidige quantumprogrammeertalen zijn nauw verbonden met specifieke hardware, en deze talen zijn moeilijk te hanteren en resulteren in te veel fouten. Dit komt door de noodzaak van extreem gedetailleerde instructies voor het implementeren van quantumalgoritmes.

Silq is ontwikkeld om deze uitdaging te overwinnen.

“Silq is de eerste quantumprogrammeertaal die niet primair is ontworpen rond de constructie en functionaliteit van de hardware, maar rond de mentaliteit van de programmeurs wanneer ze een probleem willen oplossen – zonder dat ze elk detail van de computerarchitectuur en implementatie hoeven te begrijpen”, zegt Benjamin Bichsel, een doctoraalstudent en de verantwoordelijke voor Silq.

Silq is de eerste high-level programmeertaal voor quantumcomputers, wat betekent dat het meer expressief is en minder code vereist om complexe taken en algoritmes te beschrijven. Dit soort talen is gemakkelijker te gebruiken voor programmeurs en kan worden toegepast op verschillende computerarchitecturen.

De nieuw ontwikkelde taal lost ook het probleem van fouten op. Klassieke computers gebruiken de methode van automatisch wissen van waarden om geheugen te vrijmaken, wat “garbage collection” wordt genoemd. Binnen quantumcomputers is dit een groter probleem vanwege quantumverstrengeling, die kan veroorzaken dat eerder berekende waarden interactie hebben met huidige waarden. Dit kan leiden tot storingen in de correcte berekening, dus moet een geavanceerde techniek van berekening worden gebruikt.

“Silq is de eerste programmeertaal die automatisch waarden identificeert en wist die niet langer nodig zijn”, legt Bichsel uit.

Om dit te doen, worden alleen programmeerinstructies gebruikt die geen speciale quantumoperaties bevatten in hun uncomputation-methode.

“Ons team van vier heeft de doorbraak gerealiseerd na twee jaar werk dankzij de combinatie van verschillende expertise in taalontwerp, quantumfysica en implementatie. Als andere onderzoeks- en ontwikkelingsteams onze innovaties omarmen, zal het een groot succes zijn”, zegt Bichsel.