Ученые разработали первый высокоуровневый язык программирования для квантовых компьютеров

Ученые-компьютерщики из ETH Zurich разработали первый высокоуровневый язык программирования, который может программировать квантовые компьютеры так же безопасно и надежно, как и классические. Этот новый прорыв является значительным шагом вперед в области квантовых вычислений, что делает задачу программирования квантовых компьютеров намного проще, чем раньше.

Мартин Вечев является профессором компьютерных наук в лаборатории ETH по безопасности, надежности и интеллектуальным системам (SRI).

«Программирование квантовых компьютеров все еще является вызовом для исследователей», – говорит Вечев. «Именно поэтому я так рад, что мы теперь можем продолжить традицию ETH Zurich в разработке квантовых компьютеров и языков программирования».

«Наш язык программирования Silq позволяет программистам лучше использовать потенциал квантовых компьютеров, чем существующие языки, поскольку код более компактный, быстрый, интуитивный и легкий для понимания программистами».

Silq был представлен на конференции по языкам программирования PLDI 2020.

Квантовые компьютеры против классических компьютеров

Квантовые вычисления становятся все более важными, и существует огромный потенциал в этой технологии. Квантовые компьютеры способны решать проблемы быстрее, чем классические компьютеры, используя запутанные квантовые состояния. Именно в этих состояниях бит информации перекрываются в определенные моменты времени, и компьютеры имеют потенциал решать проблемы, которые классические компьютеры не могут решить в разумный срок.

В конце лета 2019 года квантовые вычисления увидели еще один большой прорыв, когда один из них смог решить конкретную проблему быстрее, чем самый быстрый классический компьютер.

Даже с недавними достижениями, все еще существуют многие проблемы. Некоторые «квантовые алгоритмы» не могут быть рассчитаны на квантовом оборудовании из-за их высокого уровня ошибок.

Новый язык: Silq

Текущие языки программирования квантовых компьютеров тесно связаны с конкретным оборудованием, и эти языки трудно использовать и приводят к слишком большому количеству ошибок. Это связано с необходимостью非常 подробных инструкций для реализации квантовых алгоритмов.

Silq был разработан для преодоления этой проблемы.

«Silq – это первый язык программирования квантовых компьютеров, который не разработан в первую очередь вокруг конструкции и функциональности оборудования, а вокруг мышления программистов, когда они хотят решить проблему – без необходимости понимать каждую деталь компьютерной архитектуры и реализации», – говорит Бенджамин Бишель, аспирант и ответственный за надзор за Sliq.

Silq – это первый высокоуровневый язык программирования для квантовых компьютеров, что означает, что он более выразителен и требует меньше кода для описания сложных задач и алгоритмов. Такие языки легче использовать для программистов и могут быть применены к разным компьютерным архитектурам.

Разработанный язык также решает проблему ошибок. Классические компьютеры используют метод автоматического удаления значений для освобождения памяти, который называется «сборкой мусора». В квантовых компьютерах это более серьезная проблема из-за квантовой запутанности, которая может вызвать взаимодействие ранее рассчитанных значений с текущими. Это может привести к помехам в правильном расчете, поэтому необходимо использовать продвинутую технику вычислений.

«Silq – это первый язык программирования, который автоматически определяет и удаляет значения, которые больше не нужны», – объясняет Бишель.

Для этого используются только программные команды, которые не содержат специальных квантовых операций, в их методе расчета.

«Наша команда из четырех человек сделала прорыв после двух лет работы благодаря сочетанию разных экспертиз в языковом дизайне, квантовой физике и реализации. Если другие исследовательские и разработочные команды примут наши инновации, это будет великий успех», – говорит Бишель.