През изминалите няколко години има значителен напредък в работата над квантовите компютри и изчисления. Наскоро, учени от Федералният технически университет в Цюрих, Швейцария (ETH Zurich) постигнаха важен пробив в областта на езиците за програмиране на квантови компютри.  Езикът, разработен от проф. Мартин Вечев и негови студенти, е първият, който се доближава до елегантността, простотата и безопасността на езиците за програмиране на класически компютри. 

 

Учени от ETH Zurich създадоха първият език за програмиране на квантови компютри, който е също толкова лесен за използване, колкото и класическите модерни компютърни езици.  “Програмирането на квантови компютри все още е предизвикателство за учените”, сподели проф. Мартин Вечев, който ръководи лабораторията за сигурни, надеждни и интелигентни системи (SRI Lab) към ETH Zurich.

“Нашият език, Silq, позволява на програмистите да използват пълния потенциал на квантовите компютри значително по-лесно в сравнение със съществуващите езици за квантови компютри.  Програмите написани на Silq са по-компактни, бързи и разбираеми.”, добави още той.  Тази седмица, Silq ще бъде презентиран пред световни експерти в областта на програмните езици.  Самият език е достъпен на сайта silq.ethz.ch, където научният екип публикува актуална информация.

 "24 часа" интервюира проф. Мартин Вечев през 2018 г. и продължава да следи неговата работа, която е на световно ниво. 

Много учени смятат, че един ден квантовите компютри ще доведат до нова революция в информационните технологии, поради способността им да решават някои важни изчислителни задачи, които са непосилни за класическите компютри.  Затова те се радват на особен интерес през последното десетилетие.  Способността им се дължи на по-пълноценно използване на някои физични ефекти на квантово ниво.  Паметта на квантовият компютър използва тъй наречените заплетени квантови състояния.  Тези състояния позволяват да се съхраняват и манипулират едновременно огромни множества от битови последователности (редици от нули и единици).  При класическите компютри възможността за едновременна обработка е значително по-скромна.

 

Квантовото превъзходство все още предстои да бъде доказано. Въпреки това, редица значителни технически постижения бяха направени напоследък. В края на лятото на 2019, квантов компютър успя да реши задача по-бързо от най-бързия класически компютър.

 

За някои “квантови алгоритми” е известно, че са по-бързи от техните аналогични класически алгоритми. До този момент, тези алгоритми все още не могат да бъдат изчислени на съществуващия квантов хардуер, понеже квантовите компютри са все още твърде уязвими на изчислителни грешки. 

 

Програмиране на квантови компютри

 

Използването на потенциала на квантовите компютри изисква не само необходимия хардуер, но и удобен за използване квантов език с който експертите да програмират конкретни квантови алгоритми. Всеки едни алгоритъм представлява “рецепта”, който се изпълнява от хардуера за да се реши дадена задача. Днес, квантовите езици за програмиране са тясно свързани с определен хардуер. С други думи, те описват конкретни инструкции които трябва да се изпълнят от хардуера. За програмистите, тези “хардуерни езици” не само тромави, но също така и податливи на грешки, тъй като индивидуалните програмни инструкции трябва да са изключително детайлни и изрично описват всяка стъпка необходима да се изпълни от хардуера.

 

Именно тук се включват професор Вечев и неговата група със създаването на Silq. “Silq е първият квантов език за програмиране, който не е създаден  единствено съобразно конструкцията и функционалността на хардуера, а взема предвид начина на мислене на програмистите. Нашият език не изисква от тях да разбират всеки детайл от архитектурата и имплементацията на квантовия компютър”, казва Бенджамин Бихсел, докторант в групата на Вечев, който е начело на разработката на Silq.

 

Изследователите на компютърни науки наричат компютърните езици, които се абстрахират от техническите детайли на определен вид компютър, езици с високо ниво на абстракция. Silq е първият език за програмиране на квантови компютри с високо ниво на абстракция. Езиците за програмиране с високо ниво на абстракция са по-експресивни, което ще рече, че могат да опишат дори сложни задачи и алгоритми с по-малко код. Това ги прави по-разбираеми и лесни за употреба за програмистите. Освен това могат да се използват с различни компютърни архитектури.

 

Отстраняване на грешки чрез автоматично обратно изчисление

 

Най-значимата иновация, която Silq внася в езиците за програмиране на квантови компютри засяга основен източник на грешки при програмирането на квантовите компютри. За да изчисли дадена задача, компютърът често пресмята междинни резултати или временни стойности. С цел да освободи памет, класическите компютри автоматично заличават тези стойности след тяхното използване. Този процес се нарича “автоматично почистване на паметта”. При квантовите компютри, това заличаване е значително по-сложно, поради така нареченото “квантовото заплитане”: предварително изчислените стойности може да си взаимодействат с настоящите, пречейки на правилното изчисление. Следователно, заличаването на междинни резултати при квантовите компютри изисква така нареченото “обратно изчисление”, което заличава техните странични ефекти които биха променили предстоящите изчисления.

 

“Silq е първият език за програмиране, който автоматично намира и заличава стойности които вече не са необходими” обяснява Бихсел. Учените са постигнали това като са приложили знания от класическите езици за програмиране: тяхният метод за автоматично обратно изчисление разчита на стандартни команди, които не изискват специални квантови операции, обясняват Вечев и Бихсел.

 

“Silq е основен пробив що се отнася до оптимизирането на програмиране на квантови компютри; не е последна фаза от развитието му” казва Вечев. Все още има много отворени въпроси, но тъй като Silq е по-достъпен, Вечев и Бихсел се надяват да подпомогнат както по-нататъшното развитие на езиците за програмиране на квантови компютри, така и теорията и разработването на нови квантови алгоритми.

 

“Пробивът на нашия екип е резултат на двугодишен труд и е благодарение на комбинацията от различна експертиза в дизайна на езици, квантова физика и имплементация. Ако други екипи от изследователи и програмисти приемат нашите нововъведения, това ще бъде невероятен успех за нас” казва Бихсел.