นักวิทยาศาสตร์สร้างภาษาโปรแกรมมิ่งระดับสูงสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นครั้งแรก

นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จาก ETH Zurich ได้พัฒนาภาษาโปรแกรมมิ่งระดับสูงสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นครั้งแรก ซึ่งสามารถเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้เหมือนกับคอมพิวเตอร์คลาสสิก การพัฒนาครั้งนี้เป็นก้าวสำคัญในด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัม ทำให้การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมง่ายขึ้นกว่าเดิม

มาร์ติน เวเชค เป็นศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ในห้องปฏิบัติการ Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI) ของ ETH

“การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังคงเป็นความท้าทายสำหรับนักวิจัย” เวเชคกล่าว “ซึ่งเป็นเหตุผลที่ฉันรู้สึกตื่นเต้นที่เราจะสามารถดำเนินการต่อประเพณีของ ETH Zurich ในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมและภาษาโปรแกรมมิ่ง”

“ภาษาโปรแกรมมิ่งควอนตัมของเราชื่อ Silq ช่วยให้นักเขียนโปรแกรมสามารถใช้ประโยชน์จากคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ดีกว่าภาษาที่มีอยู่ เนื่องจากโค้ดมีขนาดกะทัดรัด เร็ว มีความเข้าใจง่าย และง่ายต่อการเข้าใจสำหรับนักเขียนโปรแกรม”

Silq ได้รับการแนะนำที่การประชุมภาษาโปรแกรมมิ่ง PLDI 2020.

คอมพิวเตอร์ควอนตัม vs คอมพิวเตอร์คลาสสิก

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความสำคัญมากขึ้น และมีศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกโดยใช้สถานะควอนตัมที่เชื่อมโยง ซึ่งเป็นสถานะที่บิตของข้อมูลทับซ้อนกันในบางจุดของเวลา และคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพในการแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถแก้ได้ภายในเวลาที่เหมาะสม

ในช่วงปลายฤดูร้อนของปี 2019 คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างมากเมื่อสามารถแก้ปัญหาได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่เร็วที่สุด

แม้จะมีการพัฒนาล่าสุด แต่ยังคงมีความท้าทายอยู่บ้าง “อัลกอริทึมควอนตัม” บางตัวไม่สามารถคำนวณได้บนฮาร์ดแวร์ควอนตัมเนื่องจากมีอัตราความผิดพลาดสูง

ภาษาใหม่: Silq

ภาษาโปรแกรมมิ่งควอนตัมในปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับฮาร์ดแวร์เฉพาะ และภาษาเหล่านี้ยากต่อการทำงานและทำให้เกิดข้อผิดพลาดมากเกินไป เนื่องจากต้องการคำแนะนำที่มีรายละเอียดสูงในการใช้อัลกอริทึมควอนตัม

Silq ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเอาชนะความท้าทายนี้

“Silq เป็นภาษาโปรแกรมมิ่งควอนตัมแรกที่ไม่ได้รับการออกแบบโดยเฉพาะสำหรับการสร้างและฟังก์ชันของฮาร์ดแวร์ แต่สำหรับแนวคิดของนักเขียนโปรแกรมเมื่อต้องการแก้ปัญหา — โดยไม่ต้องการให้พวกเขาต้องเข้าใจรายละเอียดของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์และการนำไปใช้” เบนจามิน บิชเซล นักศึกษาระดับ博士และผู้รับผิดชอบในการดูแล Sliq กล่าว

Silq เป็นภาษาโปรแกรมมิ่งระดับสูงสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นครั้งแรก ซึ่งหมายความว่ามันสามารถแสดงออกได้มากขึ้นและต้องการโค้ดที่น้อยกว่าในการอธิบายงานและอัลกอริทึมที่ซับซ้อน ภาษาเหล่านี้ง่ายต่อการใช้งานสำหรับนักเขียนโปรแกรมและสามารถใช้กับสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกัน

ภาษาที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ยังแก้ไขปัญหาของข้อผิดพลาด คอมพิวเตอร์คลาสสิกใช้วิธีการลบค่าโดยอัตโนมัติเพื่อปลดปล่อยหน่วยความจำ ซึ่งเรียกว่า “การเก็บขยะ” ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม นี่เป็นปัญหาที่ใหญ่กว่าเนื่องจากควอนตัมที่เชื่อมโยงสามารถทำให้ค่าเดิมที่คำนวณไว้แล้วมีปฏิสัมพันธ์กับค่าที่คำนวณในปัจจุบัน ซึ่งสามารถทำให้เกิดการรบกวนในการคำนวณที่ถูกต้อง

“Silq เป็นภาษาโปรแกรมมิ่งแรกที่สามารถระบุและลบค่าโดยอัตโนมัติที่ไม่จำเป็นต่อการคำนวณ” บิชเซลอธิบาย

เพื่อทำเช่นนี้ จะใช้คำสั่งโปรแกรมที่ไม่มีการดำเนินการควอนตัมพิเศษใดๆ ในวิธีการคำนวณกลับ

“ทีมของเราสี่คนได้ทำการผิดพลาดหลังจากทำงานเป็นเวลาสองปี โดยอาศัยการผสมผสานความเชี่ยวชาญที่แตกต่างกันในด้านการออกแบบภาษา ฟิสิกส์ควอนตัม และการนำไปใช้ หากทีมวิจัยและพัฒนาอื่นๆ ยอมรับนวัตกรรมของเรา จะเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่” บิชเซลกล่าว