Создан язык высокого уровня для программирования квантовых компьютеров. Он называется Silq

Сообщение об этом появилось на сайте Высшей технической школы Цюриха (ETHZ).

Программисты, работающие с цифровыми компьютерами, давно уже перестали задумываться о том, как именно их инструкции преобразуются в коды машинных команд и какие физические процессы происходят в компьютере при их исполнении. Они описываю алгоритмы (задания для компьютера) на интуитивно понятном языке высокого уровня. При этом не так уж и важно, что именно программируется - компьютер с классической архитектурой Джона фон Неймана, многопроцессорный суперкомпьютер или искусственная нейронная сеть.

Появление принципиально новых архитектурных решений обычно сопровождается разработкой полного набора трансляторов, компиляторов, интерпретаторов, а иногда и новых предметно-ориентированных языков, позволяющим программистам не задумываться об аппаратном исполнении их инструкций.

В конечном итоге всё сводится к объектному коду - последовательности машинных команд и данных, представленных в двоичных битах.

Совсем другая история с квантовыми компьютерами, которые за последнее десятилетие совершили огромный технологический скачок от лабораторных образцов до промышленного применения при создании новых материалов и даже лекарств. Однако их программирование до сих пор является задачей крайне трудоёмкой и требует не только знания особенностей квантовых вычислений и квантовых алгоритмов, но и знания всей аппаратной составляющей, понимания практически всех физических процессов, происходящих при взаимодействии кубитов между собой и оперативной памятью.

Группе исследователей из ETHZ под руководством профессора информатики Мартина Вечева удалось устранить главное препятствие, стоящее перед разработчиками квантового языка высокого уровня – удаление промежуточных данных, которые накапливаются в оперативной памяти при реализации любых, достаточно сложных алгоритмов. Такая проблема существует и в обычных цифровых компьютерах, но для её решения придумано множество методов автоматического распознавания ненужных данных и их удаления.

Команде Вячева, состоящей из четырёх человек, в течении двух лет удалось решить эту задачу применительно к квантовому компьютеру, что и привело к созданию Silq – первому интуитивно понятному языку квантового программирования. Кроме того, описание алгоритмов на языке Silq значительно короче, чем на существующих квантовых языках низкого уровня (в среднем -46% для Q #, -38% для Quipper). Такие данные привёл Мартин Вячев в своём докладе на 41-й Международной конференции ACM SIGPLAN по разработке и внедрению языков программирования 18 июня 2020 года. В этом году по понятным причинам конференция проходила в online режиме.

Создание Silq несомненно является прорывом, что в совокупности с появлением новых технологий и материалов приближает нас к практическому применению квантовых компьютеров для решения многих сложных прикладных задач. Тем не менее, разработчики подчёркивают, что этот язык совсем не является последним шагом в развитии, есть ещё множество не решённых проблем. Программное обеспечение в открытых кодах доступно по адресу https://silq.ethz.ch.

Швейцарская высшая техническая школа Цюриха была основана в 1855 году и с тех пор неизменно входит в число лучших университетов мира. Среди выпускников и профессоров университета 21 лауреат Нобелевской премии, 2 лауреата Филдсовской премия, 2 лауреата Притцкерской премии и 1 лауреат премия Тьюринга. Самый известный выпускник – Альберт Эйнштейн.

Текст: Виктор Леонов

Фото: ETH Zurich