Programarea cuantică

Programarea cuantică se referă la procesul de proiectare și implementare a algoritmilor care operează pe sisteme cuantice, utilizând de obicei circuite cuantice compuse din porți cuantice, măsurători și logică de control clasică. Aceste circuite sunt dezvoltate pentru a manipula stările cuantice pentru sarcini de calcul specifice sau rezultate experimentale. Programele cuantice pot fi executate pe procesoare cuantice, simulate pe hardware clasic sau implementate prin instrumentație de laborator în scopuri de cercetare.

Atunci când se lucrează cu sisteme bazate pe procesoare cuantice, limbajele de programare cuantică oferă abstracțiuni de nivel înalt pentru a exprima eficient algoritmii cuantici. Aceste limbaje se integrează adesea cu mediile de programare clasice și acceptă fluxuri de lucru hibride cuantice-clasice. Dezvoltarea software-ului cuantic a fost puternic influențată de comunitatea open-source, cu multe seturi de instrumente și framework-uri – cum ar fi Qrisp, Qiskit, Cirq, PennyLane și qBraid SDK – disponibile sub licențe deschise.[1][2]

Programarea cuantică poate fi utilizată și pentru a modela sau controla sisteme experimentale prin instrumentație cuantică și platforme bazate pe senzori. În timp ce unele arhitecturi de calcul cuantic – cum ar fi calculul cuantic optic liniar folosind protocolul KLM – necesită hardware specializat, altele utilizează procesoare cuantice bazate pe porți accesibile prin interfețe software. În ambele cazuri, programarea cuantică servește drept punte între algoritmii teoretici și implementarea fizică.

Seturi de instrucțiuni cuantice

Seturile de instrucțiuni cuantice sunt utilizate pentru a transforma algoritmii de nivel superior în instrucțiuni fizice care pot fi executate pe procesoare cuantice. Uneori, aceste instrucțiuni sunt specifice unei anumite platforme hardware, de exemplu, capcane de ioni sau qubiți supraconductori.

Blackbird

Blackbird[3][4] este un set de instrucțiuni cuantice și o reprezentare intermediară utilizată de Xanadu Quantum Technologies și Strawberry Fields. Este conceput pentru a reprezenta programe cuantice cu variație continuă care pot rula pe hardware cuantic fotonic.

cQASM

cQASM,[5] cunoscut și sub numele de QASM comun, este un limbaj de asamblare cuantic agnostic față de hardware, care garantează interoperabilitatea dintre toate instrumentele de compilare și simulare cuantică. A fost introdus de Laboratorul QCA de la TUDelft.

OpenQASM

OpenQASM[6] este reprezentarea intermediară introdusă de IBM pentru utilizare cu Qiskit și Platforma Cuantică IBM.

QIR

Reprezentarea Intermediară Cuantică (QIR) este o reprezentare intermediară agnostică față de hardware, dezvoltată de Microsoft ca parte a Kitului de Dezvoltare Cuantică. Se bazează pe infrastructura compilatorului LLVM și este concepută pentru a reprezenta programe cuantice într-un mod care să suporte optimizarea și execuția pe diverse backend-uri hardware cuantice.[7] QIR servește ca o țintă comună pentru compilatoarele cuantice, permițând interoperarea între diferite limbaje de programare, cum ar fi Q#, și straturi de control hardware de nivel scăzut. Este întreținută de QIR Alliance, un grup colaborativ de parteneri academici și industriali.

Quil

Quil este o arhitectură de set de instrucțiuni pentru calculul cuantic care a introdus pentru prima dată un model de memorie cuantică/clasică partajată. A fost introdusă de Robert Smith, Michael Curtis și William Zeng în „O arhitectură practică a seturilor de instrucțiuni cuantice”.[8] Mulți algoritmi cuantici (inclusiv teleportarea cuantică, corecția erorilor cuantice, simularea[9][10] și algoritmii de optimizare[11]) necesită o arhitectură de memorie partajată.

Referințe

1. Häner, Thomas; Steiger, Damian S.; Svore, Krysta; Troyer, Matthias (2018). „A software methodology for compiling quantum programs”. Quantum Science and Technology. 3 (2): 020501. arXiv:1604.01401. Bibcode:2018QS&T….3b0501H. doi:10.1088/2058-9565/aaa5cc. ISSN 2058-9565.
2. „Qiskit GitHub repository”. GitHub.
3. „Blackbird Quantum Assembly Language — Blackbird 0.2.0 documentation”. quantum-blackbird.readthedocs.io. Retrieved June 24, 2019.
4. Weedbrook, Christian; Amy, Matthew; Bergholm, Ville; Quesada, Nicolás; Izaac, Josh; Killoran, Nathan (March 11, 2019). „Strawberry Fields: A Software Platform for Photonic Quantum Computing”. Quantum. 3 129. arXiv:1804.03159. Bibcode:2019Quant…3..129K. doi:10.22331/q-2019-03-11-129. S2CID 54763305.
5. Bertels, K.; Almudever, C. G.; Hogaboam, J. W.; Ashraf, I.; Guerreschi, G. G.; Khammassi, N. (May 24, 2018). „cQASM v1.0: Towards a Common Quantum Assembly Language”. arXiv:1805.09607v1 [quant-ph].
6. qiskit-openqasm: OpenQASM specification, International Business Machines, July 4, 2017, retrieved July 6, 2017
7. „Quantum Intermediate Representation (QIR)”. QIR Alliance. Retrieved June 2, 2025.
8. Smith, Robert S.; Curtis, Michael J.; Zeng, William J. (2016). „A Practical Quantum Instruction Set Architecture”. arXiv:1608.03355 [quant-ph].
9. McClean, Jarrod R.; Romero, Jonathan; Babbush, Ryan; Aspuru-Guzik, Alán (February 4, 2016). „The theory of variational hybrid quantum-classical algorithms”. New Journal of Physics. 18 (2) 023023. arXiv:1509.04279. Bibcode:2016NJPh…18b3023M. doi:10.1088/1367-2630/18/2/023023. ISSN 1367-2630. S2CID 92988541.
10. Rubin, Nicholas C.; Curtis, Michael J.; Zeng, William J. (2016). „A Hybrid Classical/Quantum Approach for Large-Scale Studies of Quantum Systems with Density Matrix Embedding Theory”. arXiv:1610.06910 [quant-ph].
11. Farhi, Edward; Goldstone, Jeffrey; Gutmann, Sam (2014). „A Quantum Approximate Optimization Algorithm”. arXiv:1411.4028 [quant-ph].

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)