MIT برنامه‌نویسی رایانه‌های کوانتومی را آسان‌تر می‌کند | دانش مرکز داده

این مقاله در ابتدا در IoT World Today منتشر شد.

محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) متوجه شده اند که چرا برنامه نویسی یک کامپیوتر کوانتومی دشوارتر از یک کامپیوتر کلاسیک است و راهی برای آسان کردن آن پیشنهاد کرده اند.

برنامه نویسانی که روی رایانه های معمولی و کلاسیک کار می کنند به چندین زبان برنامه نویسی مانند پایتون و سی پلاس پلاس دسترسی دارند که آنها را در برابر انتزاعات ریاضی که بین نرم افزار و سخت افزار اتفاق می افتد محافظت می کند.

امروزه تعداد کمی از زبان های برنامه نویسی کوانتومی معادل وجود دارد و استفاده از آنها نسبتاً دشوار است. کامپیوترهای کوانتومی از قوانین یکسانی برای چگونگی تکمیل هر مرحله از یک برنامه به ترتیب پیروی نمی کنند، فرآیندی که برای همه کامپیوترها جریان کنترل نامیده می شود.

محققان یک مدل مفهومی جدید برای یک کامپیوتر کوانتومی به نام ماشین کنترل کوانتومی ارائه کرده‌اند که می‌تواند نوشتن برنامه‌ها را به آسانی برنامه‌های کامپیوترهای کلاسیک معمولی کند.

این می تواند به درک پتانسیل رایانه های کوانتومی برای دستیابی به وظایفی که رایانه های کلاسیک با آنها دست و پنجه نرم می کنند، مانند بهینه سازی چند عاملی یا شبیه سازی نحوه تعامل مولکول ها برای تحقیقات مواد یا کشف دارو کمک کند.

چارلز یوان، نویسنده اصلی و دانشجوی مدرک دکترا، می‌گوید: «کار ما اصولی را ارائه می‌کند که بر نحوه برنامه‌ریزی صحیح یک کامپیوتر کوانتومی نظارت می‌کند.

یکی از این قوانین نشان می‌دهد که اگر بخواهید یک کامپیوتر کوانتومی را با استفاده از دستورالعمل‌های اولیه یک کامپیوتر کلاسیک معمولی برنامه‌نویسی کنید، در نهایت آن کامپیوتر کوانتومی را به یک کامپیوتر کلاسیک تبدیل می‌کنید و مزیت عملکرد خود را از دست می‌دهید. این قوانین توضیح می‌دهند که چرا کوانتومی چیست. طراحی زبان های برنامه نویسی دشوار است و راهی برای بهتر کردن آنها به ما نشان می دهد.

برنامه های کامپیوتری کلاسیک از یک شمارنده برنامه استفاده می کنند که جهت بعدی را از حافظه به یاد می آورد. همانطور که الگوریتم به طور متوالی در برنامه پیمایش می کند، یک دستورالعمل جریان کنترلی به نام پرش شرطی، شمارنده برنامه را به روز می کند تا کامپیوتر را وادار کند یا به سمت دستور بعدی پیش برود یا از مراحل فعلی خود منحرف شود.

کامپیوترهای کوانتومی معادل شمارنده برنامه یا پرش شرطی ندارند. برنامه نویسان معمولاً جریان کنترل را با ترتیب دستی گیت های منطقی که سخت افزار رایانه را توصیف می کند، پیاده سازی می کنند که زمان بر و مستعد خطا است.

در مقاله خود، تیم MIT یک “ماشین کنترل کوانتومی” را پیشنهاد می کند، مجموعه دستورالعملی برای یک کامپیوتر کوانتومی که مانند ایده کلاسیک یک ماشین مجازی کار می کند. برنامه نویسان می توانند از این مجموعه دستورالعمل برای اجرای الگوریتم های کوانتومی برای مسائلی مانند فاکتورگیری اعداد و شبیه سازی برهمکنش های شیمیایی استفاده کنند.