Другое

Язык Quipper — квантовое программирование с высокоуровневыми конструкциями

Lorem ipsum dolor

Язык программирования Quipper стал первым официально признанным языком квантового программирования для квантовых компьютеров. Напомним, что квантовые компьютеры уже производятся. Их производят по предварительным заказам для научно-исследовательских лабораторий, где нужно проводить большое количество вычислений с большими данными.

От обычных компьютеров они отличаются высокой производительностью. Например, квантовый компьютер «думает» в тысячи раз быстрее традиционных суперкомпьютеров. Квантовые компьютеры совсем другие. Они по другому принципу строятся и по другим алгоритмам вычисляют. Например, у обычного компьютера есть «биты», которые могут принимать значения либо «0», либо «1», а у квантового компьютера есть «кубиты», которые содержат сразу два значения «0» и «1». Это свойство помогает квантовым компьютерам проводить несколько одновременных параллельных вычислений, чего не может традиционный компьютер. Поэтому квантовые компьютеры «шустрее».

 

Quipper — язык квантового программирования

Над квантовыми компьютерами работали несколько десятков лет. На сегодня уже ввели в эксплуатацию несколько экземпляров по американским университетам и лабораториям. Им еще очень-очень далеко до персонализации, так как они получаются весьма громоздкими и дорогостоящими. Однако программное обеспечение им нужно уже сейчас.

Традиционные языки программирования тоже можно применять в квантовых вычислениях, но программы на них получаются объемными и сложными. Поэтому было решено создать специальный язык программирования для квантовых вычислений, и таким языком стал Quipper .

Quipper не стал создаваться «с нуля». В его основе лежит традиционный язык программирования Haskell, который был адаптирован для работы с кубитами. Принцип работы, логика, создание экосистемы и т. д. для Quipper были взяты из другого традиционного языка — Java. Помимо самого языка Quipper, была создана еще и библиотека Quipper, куда вошли основные операции квантовых алгоритмов. Библиотека является открытой, и любой программист может дополнять ее другими алгоритмами, чтобы расширить возможности языка Quipper.

Библиотека Quipper пока реализует всего 7 алгоритмов квантовых вычислений:

  • алгоритм логической формулы Чайлдса;

  • алгоритм квантового блуждания Чайлдса;

  • алгоритм численных классов Халлгрена;

  • алгоритм Уитфилда оценки основного состояния;

  • алгоритм квантовых линейных систем Харроу;

  • алгоритм поиска треугольников;

  • алгоритм Регева и Куперберга для поиска кратчайшего вектора.

Сегодня квантовое программирование выглядит так: мелкие модули, функции, алгоритмы программируют на Java, а Quipper используется в больших концепциях, объединяя все разработанные модули на Java. На «чистом» языке программы пока не пишут, так как он не является еще настолько функциональным. В традиционном программировании Java применяется в высоконагруженных приложениях и легко справляется с поставленными задачами. Поэтому его применение в квантовом программировании более чем оправдано.

 

Язык программирования Quipper и его особенности

Язык программирования Quipper находится в зачаточном состоянии, хотя на свет появился задолго до того, как был произведен первый квантовый компьютер. Он не сильно востребован и не развивается бешеными темпами, потому что его просто негде использовать. Его применяют в квантовом программировании, однако тип такого программирования не распространен настолько, чтобы дать активный рост этому языку. В тех компаниях, где ведутся разработки квантовых компьютеров для создания программного обеспечения, привлекают java-разработчиков, которые учат Quipper в качестве дополнительного языка. Простыми словами, развивать язык программирования Quipper пока некому, но это не мешает ему обладать определенными особенностями:

  • он подходит для описания и сборки квантовых схем вычисления;

  • его синтаксис допускает сочетание процедурного и декларативного программирования;

  • в нем встроен синтез автоматических квантовых схем;

  • он поддерживает иерархические квантовые алгоритмы;

  • в нем присутствуют расширяемые квантовые типы данных;

  • он позволяет контролировать квантовые вычисления в трех фазах: компиляции, генерации алгоритмов и выполнении алгоритмов;

  • помимо своей библиотеки Quipper, он поддерживает и другие библиотеки, например: библиотеку квантовой целочисленной арифметики, преобразования Фурье, моделирования псевдоклассических алгоритмов, точной и приблизительной декомпозиции схем и др.

 

Заключение

Язык программирования Quipper представляет собой язык перспективного программирования, который будет применяться в недалеком будущем. Многие пророчат квантовым компьютерам процветание, потому что они способны выполнять задачи, которые не могут выполнить традиционные компьютеры. 

Требования к вычислениям растут год от года. Вместе с требованиями растут характеристики традиционных компьютеров. В ближайшем будущем настанет момент, когда обычный компьютер перестанет справляться, а на замену ему придет квантовый. Квантовому компьютеру нужно будет программное обеспечение — в этот момент и «расцветет» язык программирования Quipper. Когда наступит это самое «ближайшее будущее»? Никто не может предсказать. Возможно, через 30 лет, а возможно, и через 5-10. Скептики говорят, что квантовые компьютеры никогда не заменят традиционные, потому что они очень дорогие и очень большие. Но давайте вспомним историю. Лет 40 назад скептики точно так же говорили о персональных компьютерах и утверждали, что никогда не настанет такой момент, когда компьютер будет в каждом доме. А в наше время «небольшой компьютер» находится в «каждом кармане». Что будет с квантовыми компьютерами? Мы скоро увидим.

Схожие статьи

Что такое ошибка 0x80070091: почему возникает, и как исправить
Другое

Что такое ошибка 0x80070091: почему возникает, и как исправить

Смарт-контракты: реальные примеры и основные понятия для новичков
Другое

Смарт-контракты: реальные примеры и основные понятия для новичков

Как опубликовать игру в Steam: краткий пошаговый гайд для новичка
Другое

Как опубликовать игру в Steam: краткий пошаговый гайд для новичка

Что такое DevOps-инженер: всё об этой профессии простыми словами
Другое

Что такое DevOps-инженер: всё об этой профессии простыми словами