Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) выяснили, почему программировать квантовый компьютер сложнее, чем классический, и предложили способ сделать это проще.

Программисты, работающие на обычных, классических компьютерах, имеют доступ к нескольким языкам программирования, таким как Python и C++, которые ограждают их от математических абстракций, возникающих между программным и аппаратным обеспечением.

На сегодняшний день существует лишь несколько эквивалентных квантовых языков программирования, и их сравнительно сложно использовать. Квантовые компьютеры не следуют тем же правилам, что и все компьютеры, называемым потоком управления, для выполнения каждого шага программы по порядку.

Исследователи предложили новую концептуальную модель квантового компьютера, названную квантовой управляющей машиной, которая может сделать программы такими же простыми для написания, как и программы для обычных классических компьютеров.

Это может помочь реализовать потенциал квантовых компьютеров для решения задач, с которыми классические компьютеры справляются с трудом, таких как многофакторная оптимизация или моделирование взаимодействия молекул для исследования материалов или открытия лекарств.

В классических компьютерных программах используется программный счетчик, который запоминает следующее направление из памяти. Когда алгоритм последовательно перемещается по программе, инструкция потока управления, называемая условным переходом, обновляет счетчик программы, заставляя компьютер либо продвигаться вперед к следующей инструкции, либо отклоняться от своих текущих шагов.

У квантовых компьютеров нет эквивалента программного счетчика или условного перехода. Программисты обычно реализуют поток управления, вручную расставляя логические элементы, которые описывают аппаратное обеспечение компьютера, что требует много времени и чревато ошибками.

В своей работе команда MIT предлагает "квантовую машину управления" — набор инструкций для квантового компьютера, который работает подобно классической идее виртуальной машины. Программисты могли бы использовать этот набор инструкций для реализации квантовых алгоритмов для решения таких задач, как факторизация чисел и моделирование химических взаимодействий.

Более доступный метод программирования квантовых компьютеров может облегчить восполнение постоянно растущего дефицита квантовых навыков.