Квантовое программирование — Википедия

Языки квантового программирования — языки программирования, позволяющие выражать квантовые алгоритмы с использованием высокоуровневых конструкций. Их цель не столько создание инструмента для программистов, сколько предоставление средств для исследователей для облегчения понимания работы квантовых вычислений.

Существующие языки квантового программирования: QPL^[1]^[2], QCL^[3]^[4], Haskell-подобный QML^[5], Quipper^[6], Q#^[7], Q^[8], qGCL^[8], cQPL^[8], OpenQASM.

Библиотеки симуляции квантовых компьютеров (квантовые виртуальные машины, Quantum virtual machine): libquantum^[en], qlib.

Упрощение разработки ПО для квантовых вычислений[править | править код]

Корпорация IBM выпустила набор инструментов для разработчиков под названием Qiskit (англ.) (рус.. И в следующем году IBM обещает предложить инструменты, которые упростят программистам создание программного обеспечения, включающего в себя как квантовые вычисления, так и традиционные вычислительные элементы в одной программе. Затем, начиная с 2023 года, IBM планирует предложить своим клиентам библиотеки предварительно созданных квантовых алгоритмов, которые программисты смогут использовать через простой облачный API-интерфейс. Это позволит разрабатывать программное обеспечение для квантового компьютера на языках программирования, которые уже известны разработчикам, без необходимости изучать новый язык. IBM заявила, что хочет, чтобы программисты, работающие в корпорациях, могли «самостоятельно исследовать модели квантовых вычислений, не задумываясь о квантовой физике». И к 2025 году, по словам IBM, она сможет предложить инструменты для квантовых вычислений, при использовании которых программистам больше не нужно будет думать о том, на каком именно квантовом компьютере (потому что одни используют сверхпроводники, другие — фотоны, а третьи построены на ловушках для ионов) будет работать код или даже какая часть программы будет выполняться на квантовой системе, а не на традиционном сервере^[9].

Пример кода на QCL[править | править код]

QCL, Quantum computing language — одна из первых реализаций языка квантового программирования. Близок к языку Си и классическим типам данных. Позволяет смешивать классический и квантовый код в одном исходном файле.

Базовый квантовый тип данных qureg (квантовый регистр, quantum register). Его можно представить в виде массива кубитов (квантовых битов).

  qureg x1[2]; // двухкубитовый квантовый регистр x1   qureg x2[2]; // двухкубитовый квантовый регистр x2   H(x1); // Операция Адамара над x1   H(x2[1]); // Операция Адамара над первым кубитом регистра x2

Поскольку интерпретатор qcl использует библиотеку симуляции qlib, возможно наблюдать внутреннее состояние квантового компьютера во время исполнения:

  qcl> dump   : STATE: 4 / 32 qubits allocated, 28 / 32 qubits free   0.35355 |0> + 0.35355 |1> + 0.35355 |2> + 0.35355 |3>   + 0.35355 |8> + 0.35355 |9> + 0.35355 |10> + 0.35355 |11>

Примечания[править | править код]

↑ Peter Selinger. Mathematical Structures in Computer Science : [арх. 26 мая 2019]. — 2004 Cambridge University Press, 2004. — Т. 14, вып. 4. — С. 527—586.
↑ Peter Selinger. Towards a quantum programming language (неопр.). Дата обращения: 16 марта 2019. Архивировано 30 апреля 2016 года.
↑ Bernhard Omer. The QCL Programming Language (неопр.). Дата обращения: 16 марта 2019. Архивировано 8 октября 2003 года.
↑ QCL - A Programming Language for Quantum Computers (неопр.). tuwien.ac.at. Дата обращения: 20 июля 2017. Архивировано 8 октября 2003 года.
↑ QML: A Functional Quantum Programming Language (неопр.). Дата обращения: 26 сентября 2007. Архивировано из оригинала 26 сентября 2007 года.
↑ Quipper: a scalable quantum programming language Архивная копия от 15 января 2018 на Wayback Machine/PLDI '13 Proceedings of the 34th ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation Pages 333—342
↑ Архивированная копия (неопр.). Дата обращения: 14 января 2018. Архивировано 14 января 2018 года.
↑ ¹ ² ³ Quantum Programming Language (неопр.). Quantiki (6 декабря 2015). Дата обращения: 14 января 2018. Архивировано 22 июля 2018 года.
↑ IBM представила план по упрощению разработки ПО для квантовых вычислений (рус.). ServerNews.ru (8 февраля 2021). Дата обращения: 11 января 2022. Архивировано 22 января 2022 года.

Ссылки[править | править код]

Quantum programming language. Архивная копия от 22 июля 2018 на Wayback Machine
Quantum Programming Languages. Survey and Bibliography Архивная копия от 27 января 2018 на Wayback Machine Journal Mathematical Structures in Computer Science. Volume 16 Issue 4, August 2006. Pages 581—600 doi:10.1017/S0960129506005378.
Towards a Quantum Programming Language Архивная копия от 10 августа 2017 на Wayback Machine / Math. Struct. in Comp. Science 14(4):527-586, 2004.
Dominique Unruh. Quantum Programming Languages Архивная копия от 12 августа 2017 на Wayback Machine / Informatik — Forschung und Entwicklung 21(1):55-63, Springer, 2006.
https://medium.com/@decodoku/how-to-program-a-quantum-computer-982a9329ed02 Архивная копия от 6 января 2018 на Wayback Machine
https://www.americanscientist.org/node/3466
Programming languages and compiler design for realistic quantum hardware Архивная копия от 8 февраля 2021 на Wayback Machine / Nature 549, 180—187 (14 September 2017) doi:10.1038/nature23459 (платн.)

[1] Peter Selinger. Mathematical Structures in Computer Science : [арх. 26 мая 2019]. — 2004 Cambridge University Press, 2004. — Т. 14, вып. 4. — С. 527—586.

[2] Peter Selinger. Towards a quantum programming language (неопр.). Дата обращения: 16 марта 2019. Архивировано 30 апреля 2016 года.

[3] Bernhard Omer. The QCL Programming Language (неопр.). Дата обращения: 16 марта 2019. Архивировано 8 октября 2003 года.

[4] QCL - A Programming Language for Quantum Computers (неопр.). tuwien.ac.at. Дата обращения: 20 июля 2017. Архивировано 8 октября 2003 года.

[5] QML: A Functional Quantum Programming Language (неопр.). Дата обращения: 26 сентября 2007. Архивировано из оригинала 26 сентября 2007 года.

[6] Quipper: a scalable quantum programming language Архивная копия от 15 января 2018 на Wayback Machine/PLDI '13 Proceedings of the 34th ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation Pages 333—342

[7] Архивированная копия (неопр.). Дата обращения: 14 января 2018. Архивировано 14 января 2018 года.

[:0-8] ¹ ² ³ Quantum Programming Language (неопр.). Quantiki (6 декабря 2015). Дата обращения: 14 января 2018. Архивировано 22 июля 2018 года.

[9] IBM представила план по упрощению разработки ПО для квантовых вычислений (рус.). ServerNews.ru (8 февраля 2021). Дата обращения: 11 января 2022. Архивировано 22 января 2022 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]