Vitenskapsmenn utvikler den første høynivå programmeringsspråket for kvantecomputere

Datavitenskapsmenn ved ETH Zurich har utviklet det første høynivå programmeringsspråket som kan programmere kvantecomputere like trygt og pålitelig som klassiske datamaskiner. Den nye gjennombruddet er et stort skritt fremover i kvantecomputing, og gjør det mye enklere å programmere kvantecomputere enn tidligere.

Martin Vechec er en professor i datavitenskap ved ETHs Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI).

“Å programmere kvantecomputere er fortsatt en utfordring for forskerne,” sier Vechev. “Dette er derfor jeg er så begeistret for at vi nå kan fortsette ETH Zürichs tradisjon i utvikling av kvantecomputere og programmeringsspråk.”

“Vårt kvanteprogrammeringsspråk Silq lar programmere utnytte potensialet i kvantecomputere bedre enn med eksisterende språk, fordi koden er mer kompakt, raskere, mer intuitiv og enklere å forstå for programmere.”

Silq ble introdusert på programmeringsspråk-konferansen PLDI 2020.

Kvantecomputere vs Klassiske Datamaskiner

Kvantecomputing blir stadig viktigere, og det er enormt potensial i teknologien. Kvantecomputere er i stand til å løse problemer raskere enn klassiske datamaskiner ved å bruke sammenflettede kvantetilstander. Det er i disse tilstandene at informasjonsbiter overlapper på bestemte tidspunkter, og datamaskinene har potensialet til å takle problemer som klassiske datamaskiner ikke er i stand til å løse på en rimelig tidsramme.

I slutten av sommeren 2019, så kvantecomputing en annen stor fremgang da en kvantecomputer kunne løse et bestemt problem raskere enn den raskeste klassiske datamaskinen.

Til tross for de nylige fremgangene, er det fortsatt mange utfordringer. Noen “kvantalgoritmer” kan ikke beregnes på kvantehardware på grunn av deres høye feilnivå.

Det nye språket: Silq

Eksisterende kvanteprogrammeringsspråk er nært relatert til bestemt hardware, og disse språkene er vanskelige å håndtere og resulterer i for mange feil. Dette skyldes behovet for ekstremt detaljerte instruksjoner for implementering av kvantalgoritmer.

Silq ble utviklet for å overvinne denne utfordringen.

“Silq er det første kvanteprogrammeringsspråket som ikke er designet primært rundt konstruksjon og funksjonalitet av hardwaren, men rundt programmernes mindset når de ønsker å løse et problem — uten å kreve at de forstår hver eneste detalj av datamaskinarkitekturen og implementeringen,” sier Benjamin Bichsel, en doktorgradsstudent og den som har ansvar for å overvåke Sliq.

Silq er det første høynivå programmeringsspråket for kvantecomputere, noe som betyr at det er mer uttrykksfullt og krever mindre kode for å beskrive komplekse oppgaver og algoritmer. Slike språk er enklere å bruke for programmere og kan brukes på ulike datamaskinarkitekturer.

Det nylig utviklede språket tar også opp problemet med feil. Klassiske datamaskiner bruker metoden med automatisk sletting av verdier for å lettelse av minne, som kalles “garbage collection”. Innenfor kvantecomputere er dette et større problem på grunn av kvantefletting, som kan føre til at tidligere beregnede verdier interagerer med nåværende verdier. Dette kan føre til interferens med den korrekte beregningen, så en avansert beregningsmetode må brukes.

“Silq er det første programmeringsspråket som automatisk identifiserer og sletter verdier som ikke lenger er nødvendige,” forklarer Bichsel.

For å gjøre dette, brukes bare programmeringskommandoer som ikke inneholder noen spesielle kvanteoperasjoner i deres ukomputasjonsmetode.

“Vårt team på fire har gjort gjennombruddet etter to års arbeid takket være kombinasjonen av ulike ekspertiser i språkdesign, kvantefysikk og implementering. Hvis andre forsknings- og utviklingsteam omfavner våre innovasjoner, vil det være en stor suksess,” sier Bichsel.