Forskare Utvecklar Första Högnivåprogrammeringsspråk för Kvantdatorer

Datorforskare vid ETH Zurich har utvecklat det första högnivåprogrammeringsspråket som kan programmera kvantdatorer lika säkert och tillförlitligt som klassiska datorer. Det nya genombrottet är ett stort steg framåt i kvantberäkning, vilket gör det mycket enklare att programmera kvantdatorer än tidigare.

Martin Vechec är professor i datavetenskap vid ETH:s Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI).

“Att programmera kvantdatorer är fortfarande en utmaning för forskare”, säger Vechev. “Därför är jag så glad att vi nu kan fortsätta ETH Zürichs tradition i utvecklingen av kvantdatorer och programmeringsspråk.”

“Vårt kvantprogrammeringsspråk Silq tillåter programmerare att utnyttja potentialen i kvantdatorer bättre än med befintliga språk, eftersom koden är mer komprimerad, snabbare, mer intuitiv och lättare att förstå för programmerare.”

Silq presenterades vid programmeringsspråkskonferensen PLDI 2020.

Kvantdatorer vs Klassiska Datorer

Kvantberäkning blir allt viktigare, och det finns enorm potential i tekniken. Kvantdatorer kan lösa problem snabbare än klassiska datorer genom att använda sammanflätade kvanttillstånd. Det är i dessa tillstånd som bitar av information överlappar vid vissa tidpunkter, och datorerna har potentialen att hantera problem som klassiska datorer inte kan lösa inom en rimlig tidsram.

Under sensommar 2019 såg kvantberäkning en annan stor framsteg när en kvantdator kunde lösa ett specifikt problem snabbare än den snabbaste klassiska datorn.

Trots de senaste framstegen finns det fortfarande många utmaningar. Vissa “kvantalgoritmer” kan inte beräknas på kvanthårdvara på grund av deras höga felnivå.

Det Nya Språket: Silq

Nuvarande kvantprogrammeringsspråk är nära relaterade till specifik hårdvara, och dessa språk är svåra att hantera och resulterar i för många fel. Detta beror på behovet av extremt detaljerade instruktioner för att implementera kvantalgoritmer.

Silq utvecklades för att övervinna denna utmaning.

“Silq är det första kvantprogrammeringsspråket som inte är utformat primärt kring konstruktionen och funktionen hos hårdvaran, utan kring programmerarnas mindset när de vill lösa ett problem — utan att kräva att de förstår varje detalj i datorarkitekturen och implementationen”, säger Benjamin Bichsel, en doktorand och den som ansvarar för att övervaka Sliq.

Silq är det första högnivåprogrammeringsspråket för kvantdatorer, vilket innebär att det är mer uttrycksfullt och kräver mindre kod för att beskriva komplexa uppgifter och algoritmer. Dessa typer av språk är lättare att använda för programmerare och kan appliceras på olika datorarkitekturer.

Det nyligen utvecklade språket hanterar också problemet med fel. Klassiska datorer använder metoden att automatiskt sudda ut värden för att frigöra minne, som kallas “skräpsamling”. Inom kvantdatorer är detta ett större problem på grund av kvantsammanflätning, som kan orsaka att tidigare beräknade värden interagerar med nuvarande värden. Detta kan leda till störningar i den korrekta beräkningen, så en avancerad beräkningsmetod måste användas.

“Silq är det första programmeringsspråket som automatiskt identifierar och suddar ut värden som inte längre behövs”, förklarar Bichsel.

För att göra detta används endast programmeringskommandon som inte innehåller några speciella kvantoperationer i deras omberäkningsmetod.

“Vårt team på fyra personer har gjort genombrottet efter två års arbete tack vare kombinationen av olika expertis inom språkdesign, kvantfysik och implementation. Om andra forsknings- och utvecklingsteam antar våra innovationer, kommer det att vara en stor framgång”, säger Bichsel.