Các nhà khoa học phát triển ngôn ngữ lập trình cấp cao đầu tiên cho máy tính lượng tử

Các nhà khoa học máy tính tại ETH Zurich đã phát triển ngôn ngữ lập trình cấp cao đầu tiên có thể lập trình máy tính lượng tử an toàn và đáng tin cậy như máy tính cổ điển. Phát minh mới này là một bước tiến lớn trong lĩnh vực máy tính lượng tử, làm cho việc lập trình máy tính lượng tử dễ dàng hơn bao giờ hết.

Martin Vechec là giáo sư khoa học máy tính tại Phòng thí nghiệm Hệ thống An toàn, Tin cậy và Thông minh (SRI) của ETH.

“Lập trình máy tính lượng tử vẫn là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu,” Vechev nói. “Đó là lý do tại sao tôi rất hào hứng khi chúng tôi có thể tiếp tục truyền thống của ETH Zurich trong việc phát triển máy tính lượng tử và ngôn ngữ lập trình.”

“Ngôn ngữ lập trình lượng tử Silq của chúng tôi cho phép các lập trình viên tận dụng khả năng của máy tính lượng tử tốt hơn so với các ngôn ngữ hiện có, vì mã code compact, nhanh hơn, trực quan hơn và dễ hiểu hơn cho các lập trình viên.”

Silq đã được giới thiệu tại hội nghị ngôn ngữ lập trình PLDI 2020.

Máy tính lượng tử so với máy tính cổ điển

Máy tính lượng tử đang trở nên quan trọng hơn, và có tiềm năng lớn với công nghệ này. Máy tính lượng tử có khả năng giải quyết các vấn đề nhanh hơn máy tính cổ điển bằng cách sử dụng trạng thái lượng tử bị vướng. Trong các trạng thái này, các bit thông tin chồng lên nhau tại một số điểm thời gian, và máy tính có khả năng giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển không thể giải quyết trong một khoảng thời gian hợp lý.

Vào cuối mùa hè năm 2019, máy tính lượng tử đã chứng kiến một bước tiến lớn khác khi một máy tính lượng tử có thể giải quyết một vấn đề cụ thể nhanh hơn máy tính cổ điển nhanh nhất.

Mặc dù có những tiến bộ gần đây, vẫn còn nhiều thách thức. Một số “thuật toán lượng tử” không thể được tính toán trên phần cứng lượng tử do mức độ lỗi cao.

Ngôn ngữ mới: Silq

Các ngôn ngữ lập trình lượng tử hiện tại liên quan chặt chẽ đến phần cứng cụ thể, và các ngôn ngữ này khó sử dụng và dẫn đến nhiều lỗi. Điều này là do nhu cầu về các hướng dẫn chi tiết để thực hiện các thuật toán lượng tử.

Silq được phát triển để vượt qua thách thức này.

“Silq là ngôn ngữ lập trình lượng tử đầu tiên không được thiết kế chủ yếu xung quanh việc xây dựng và chức năng của phần cứng, mà dựa trên tư duy của các lập trình viên khi họ muốn giải quyết một vấn đề — mà không yêu cầu họ phải hiểu mọi chi tiết về kiến trúc máy tính và triển khai,” Benjamin Bichsel, một sinh viên tiến sĩ và người phụ trách giám sát Sliq, cho biết.

Silq là ngôn ngữ lập trình cấp cao đầu tiên cho máy tính lượng tử, có nghĩa là nó biểu đạt và yêu cầu ít mã code hơn để mô tả các nhiệm vụ và thuật toán phức tạp. Các ngôn ngữ này dễ sử dụng hơn cho các lập trình viên và có thể được áp dụng cho các kiến trúc máy tính khác nhau.

Ngôn ngữ mới này cũng giải quyết vấn đề về lỗi. Máy tính cổ điển sử dụng phương pháp xóa tự động các giá trị để giải phóng bộ nhớ, được gọi là “quét rác.” Trong máy tính lượng tử, đây là một vấn đề lớn hơn do vướng lượng tử, có thể gây ra các giá trị đã tính toán trước đó tương tác với các giá trị hiện tại. Điều này có thể dẫn đến can thiệp vào tính toán chính xác, vì vậy một kỹ thuật tính toán tiên tiến phải được sử dụng.

“Silq là ngôn ngữ lập trình đầu tiên tự động xác định và xóa các giá trị không còn cần thiết,” Bichsel giải thích.

Để làm điều này, chỉ có các lệnh lập trình không chứa các hoạt động lượng tử đặc biệt được sử dụng trong phương pháp tính toán ngược của chúng.

“Đội ngũ của chúng tôi gồm bốn người đã đạt được đột phá này sau hai năm làm việc nhờ sự kết hợp của các chuyên môn khác nhau trong thiết kế ngôn ngữ, vật lý lượng tử và triển khai. Nếu các đội nghiên cứu và phát triển khác áp dụng các đổi mới của chúng tôi, đó sẽ là một thành công lớn,” Bichsel nói.