Kvantna računala bi jednoga dana mogla brzo pronaći rješenja za probleme s kojima se u koštac ne mogu uhvatiti obična računala. No, jedan od gorućih problema je kronični nedostatak kvantnih programera kojih ima daleko manje od ionako deficitarnih, konvencionalnih programera.

Veliki izazov

Novi vodič za neznalice ima za cilj provesti potencijalne kvantne programere kroz implementaciju kvantnih algoritama preko oblaka na IBM-ovim javno dostupnim kvantnim računalima.

"Programiranje kvantnih računala za mnoge je veliki izazov koji zahtijeva godine obuke u kvantnoj mehanici i srodnim disciplinama", kaže autor vodiča Andrey Lokhov, teorijski fizičar u Nacionalnom laboratoriju Los Alamos u Novom Meksiku. "Uz to, područjem dominiraju fizika i algebarski zapisi koji povremeno predstavljaju nepotrebne prepreke za klasične računalne i matematički obučene znanstvenike.

Nadolazeća revolucija

Lokhov i njegovi kolege nadaju se svojim vodičem pomoći utrti put nadolazećoj revoluciji kvantnog računalstva. On bi trebao "uvesti nestručne računalne znanstvenike, fizičare i inženjere u kvantne algoritme i njihovu implementaciju na kvantnim računalima u stvarnom svijetu".

Novi vodič je predstavljen u ACM Transactions on Quantum Computing, a kod i implementacije mogu se pronaći na GitHubu. On objašnjava osnove kvantnog računalstva i kvantnog programiranja, uključujući kvantne algoritme.

Korak po korak

"Vrlo slično tome kako klasični algoritmi opisuju niz instrukcija koje treba izvršiti na klasičnom računalu, kvantni algoritam predstavlja proceduru korak po korak, gdje svaki od koraka treba izvesti na kvantnom računalu", objašnjava Lokhov. "Međutim, izraz kvantni algoritam obično je rezerviran za algoritme koji sadrže inherentno kvantne operacije, kao što su kvantna superpozicija ili kvantna isprepletenost, za koje se pokazalo da su računalno moćni."

Za implementaciju takvih kvantnih operacija na kvantnim računalima, kvantni programi su predstavljeni kao sklopovi koji opisuju slijed elementarnih operacija, zvanih vrata, koje se primjenjuju na skup qubita. 

"Naš vodič ima za cilj objasniti osnovne principe kvantnog programiranja, koji su prilično različiti od klasičnog programiranja, s jednostavnom algebrom koja razumijevanje temeljnih fascinantnih kvantno-mehaničkih principa čini neobaveznim", kaže Lokhov. 

Standardni algoritmi

Novi vodič pruža minimalno znanje potrebno za početak implementacije i pokretanja kvantnih algoritama. To uključuje 20 standardnih kvantnih algoritama, uključujući Shorov algoritam za faktoring cijelih brojeva i Groverov algoritam za pretraživanje baze podataka.

Uz to, ovaj vodič pokriva najuspješnije hibridne kvantno-klasične algoritme, kao što je algoritam kvantne aproksimativne optimizacije, kao i klasične alate za certificiranje performansi kvantnih algoritama, kao što je kvantna tomografija.

Kroz oblake

Vodič kvantne programere vodi kroz implementaciju algoritama putem oblaka na IBM-ovim javno dostupnim kvantnim računalima, kao što je IBMQX4. Vodič raspravlja o rezultatima implementacije i objašnjava razlike između simulatora i stvarnih pokretanja hardvera.

“Vjerujemo da bi naš vodič mogao biti koristan za upoznavanje većeg broja znanstvenika s kvantnim računalstvom i za pozivanje na eksperimentiranje s nadolazećim kvantnim računalima s većim brojem kubita”, nada se Lokhov.