Ученые розробили перший високорівневий мову програмування для квантових комп’ютерів

Комп’ютерні вчені з ETH Zurich розробили перший високорівневий мову програмування, який може програмувати квантові комп’ютери так само безпечно та надійно, як і класичні.

Мартін Вечек – професор комп’ютерних наук у лабораторії Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI) ETH.

“Програмування квантових комп’ютерів все ще є викликом для дослідників”, – говорить Вечек. “Від чого я так рад, що ми тепер можемо продовжити традицію ETH Zurich у розробці квантових комп’ютерів та мов програмування”.

“Наша мова програмування Silq дозволяє програмістам краще використовувати потенціал квантових комп’ютерів, ніж існуючі мови, оскільки код більш компактний, швидший, більш інтуїтивний та легший для розуміння програмістами”.

Silq був представлений на конференції з мов програмування PLDI 2020.

Квантові комп’ютери проти класичних комп’ютерів

Квантові обчислення стають дедалі важливішими, і існує величезний потенціал цієї технології. Квантові комп’ютери здатні розв’язувати проблеми швидше, ніж класичні комп’ютери, використовуючи заплутані квантові стани. Саме в цих станах біти інформації перекриваються в певні моменти часу, і комп’ютери мають потенціал вирішувати питання, які класичні комп’ютери не можуть вирішити в розумний час.

В кінці літа 2019 року квантові обчислення побачили ще один великий прорив, коли один з них зміг розв’язати певну проблему швидше, ніж найшвидший класичний комп’ютер.

Незважаючи на недавні досягнення, все ще існують багато викликів. Деякі “квантові алгоритми” не можуть бути обчислені на квантовому апараті через високий рівень помилок.

Нова мова: Silq

Поточні мови програмування для квантових комп’ютерів тісно пов’язані з конкретним апаратним забезпеченням, і ці мови складно використовувати та призводять до багатьох помилок. Це відбувається через необхідність дуже детальних інструкцій для реалізації квантових алгоритмів.

Silq був розроблений для подолання цього виклику.

“Silq – це перша мова програмування для квантових комп’ютерів, яка не розроблена в першу чергу навколо конструкції та функціональності апаратного забезпечення, а навколо розуму програмістів, коли вони хочуть розв’язати проблему – без потреби розуміти кожну деталь комп’ютерної архітектури та реалізації”, – говорить Бенджамін Біхсель, аспірант і відповідальний за розвиток Silq.

Silq – це перша мова програмування високого рівня для квантових комп’ютерів, що означає, що вона більш виразна та вимагає менше коду для опису складних завдань та алгоритмів. Ці мови легше використовувати для програмістів та можуть бути застосовані до різних архітектур комп’ютерів.

Розроблена мова також вирішує проблему помилок. Класичні комп’ютери використовують метод автоматичного видалення значень для звільнення пам’яті, який називається “збиранням сміття”. У квантових комп’ютерах це більша проблема через квантову заплутаність, яка може спричинити взаємодію попередньо обчислених значень з поточними. Це може привести до інтерференції з правильним обчисленням, тому потрібно використовувати вдосконалений метод обчислень.

“Silq – це перша мова програмування, яка автоматично визначає та видалення значень, які більше не потрібні”, – пояснює Біхсель.

Для цього використовуються тільки команди програмування, які не містять спеціальних квантових операцій у своєму методі видалення.

“Наша команда з чотирьох осіб зробила прорив після двох років роботи завдяки комбінації різних знань у галузі мов програмування, квантової фізики та реалізації. Якщо інші команди досліджень та розробок приймуть наші інновації, це буде великий успіх”, – говорить Біхсель.