量子编程突破:量子计算机的第一语言

Quantum编程语言概念

最近在追求强大的量子计算机方面取得了一些技术进步。现在,来自苏黎世的计算机科学家在编程语言领域做出了重要突破:他们的Quantum语言是它的第一个像古典计算机语言一样优雅,简单,安全。

编程量子计算机变得越来越容易:Eth苏黎世的计算机科学家设计了第一语言,可用于将量子计算机简单,可靠,安全地作为经典计算机编程。“Programming quantum computers is still a challenge for researchers,” says Martin Vechev, computer science professor in ETH’s Secure, Reliable and Intelligent Systems Lab (SRI), “which is why I’m so excited that we can now continue ETH Zurich’s tradition in the development of quantum computers and programming languages.”

第一个量子编程语言

Eth苏黎世的计算机科学家开发了第一批Quantum编程语言,使得能够优雅地解决复杂的计算。信用:苏黎世

他补充说:“我们的Quantum编程语言Silq允许程序员比现有语言更好地利用量子计算机的潜力,因为代码更紧凑,更快,更直观,更容易了解程序员。”本周,VEECHEV将在PLDI 2020年将SILQ引入其他专家,该会议进行编程语言。为了促进讨论,​​采用和进一步发展,他和他的团队还在自己的网站上发布了Silq(Silq.ethz.ch.)。

Quantum Computing在过去十年中一直看到引起的重视,因为这些计算机,根据量子物理学原理功能,具有巨大的潜力。今天,大多数研究人员认为,这些计算机将有一天能够比古典计算机更快地解决某些问题,因为执行它们的计算,它们使用纠缠量子状态,其中各种信息在某个时间点重叠。这意味着在未来,量子计算机将能够有效地解决经典计算机在合理的时间范围内无法解决的问题。

这种量子至上仍然被证明是最终的。但是,最近已经实现了一些重要的技术进步。2019年夏季,一台量子计算机成功解决了问题 - 尽管非常具体的计算机 - 比最快的经典计算机更快。

对于某些“量子算法”,即计算策略,还已知它们比经典算法快,这不会利用量子计算机的潜力。然而,迄今为止,这些算法仍然无法在现有量子硬件上计算,因为量子计算机目前仍然过于错误。

表达程序员的意图

利用量子计算的潜力不仅需要最新技术,还需要一种描述量子算法的量子编程语言。原则上,一种算法是解决问题的“配方”;编程语言描述了算法,使得计算机可以执行必要的计算。

如今,量子编程语言与特定硬件密切相关;换句话说,它们恰恰描述了底层电路的行为。对于程序员来说,这些“硬件描述语言”是繁琐的并且容易出错,因为各个编程指令必须非常详细,因此明确描述实现量子算法所需的细节。

这是vechev和他的团队在他们的Silq发展中进来的地方。“Silq是第一个Quantum编程语言,这些语言不是主要围绕硬件的构造和功能设计,而是在他们想要解决问题时程序员的心态 - 无需他们了解计算机架构和实现的每个细节,” says Benjamin Bichsel, a doctoral student in Vechev’s group who is supervising the development of Silq.

计算机科学家们指的是从特定类型的计算机的技术细节作为高级编程语言的计算机语言。Silq是Quantum Computers的第一种高级编程语言。高级编程语言更为富有表现力,这意味着它们可以描述甚至可以使用较少的代码描述复杂的任务和算法。这使得它们更加可理解,更容易用于程序员。它们也可以与不同的计算机架构一起使用。

通过自动外部消除错误

SilQ带来量子编程语言的最大创新和简化涉及误差源,直到现在困扰量子编程。计算机在几个中间步骤中计算任务,从而创建中间结果或临时值。

为了缓解内存,古典计算机会自动删除这些值。计算机科学家将此称为“垃圾收集”,因为占多余的临时值。

在量子计算机的情况下,由于量子纠缠,这种处置是棘手的:先前计算的值可以与当前的值相互作用,干扰正确的计算。因此,在量子计算机上清理这种临时值需要更先进的外部的外部技术。

“Silq是第一个自动识别和删除不再需要的值的编程语言,”Bichsel解释说明。计算机科学家通过应用古典编程语言的知识来实现​​了这一点:他们的自动外显算法仅使用没有任何特殊量子操作的编程命令 - 它们是“QFREE”,因为Vechev和Bichsel说。

“在优化量子计算机的编程方面,Silq是一个重大突破;这不是发展的最终阶段,“Vechev说。仍有许多开放性问题,但由于Silq更容易理解,Vechev和Bichsel希望刺激量子编程语言的进一步发展以及新量子算法的理论和开发。

“由于语言设计,量子物理和实施的不同专业知识的组合,我们四年的四个工作团队在两年内完成了突破。如果其他研究和开发团队拥抱我们的创新,那将取得巨大成功,“Bichsel说。

参考文献:“Silq:具有安全无拔除和直观语言的高级量子语言”Benjamin Bichsel,Maximilian Baader,Timon Gehr和Martin Vechev,第41届ACM简易计划编程语言设计和实施的诉讼程序,6月20日,286-300。
DOI:10.1145 / 3385412.3386007

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