编 辑：Sakura 审 校：Peiyong Wang随着量子计算技术的不断发展，各种量子计算机编程语言应运而生，全球量子计算竞争的格局增添了一个新的维度：量子编程语言。类似于经典计算机，量子计算机也需要一种“语言”来与其交流，这个“语言”就是经常听到的量子编程语言。编程语言通过发送指令并从量子计算机接收输出，以此达到与量子计算机交流的目的。编程有不同的级别：从向计算机提供特定指令的汇编语言（也称为量子机器指令集）到已经可以进行底层编程量子算法的高级语言。为了对量子编程语言有一个基本的了解，接下来，将引入一些特定的概念。量子计算机实际上是由量子设备（硬件）和经典计算机组成的混合系统，汇编语言将指令发送到硬件并接收和处理结果（软件）。量子语言与此经典软件相对应。而有的库则是使用某些知名编程语言如python，C ++，Matlab编写，这些语言可帮助用户构建编写量子算法。在本文及其对应的图中，上述两种情况都统称为“量子语言”（Quantum Language）。下图为不同级别的量子编程算法。在真正的量子设备出现之前，量子语言就已经存在了。它们已经被用来在经典计算机上模拟量子算法。随着真正的量子计算机的问世，研究小组和公司都开发了自己的编程语言来使用他们自身的设备，这促进了更多语言的创建。这些语言试图结合现有语言的一些元素，使其可以用于任何后端， 这种语言称为通用量子语言（Universal Quantum Languages）。更加通用的量子语言是可以被创建的，因为几乎每个人都在开发开源软件，也就是说，任何人都可以通过使用 GitHub 这样的平台来改进和扩展这些语言。“开源”软件和“免费”软件之间有什么区别呢？相对于专有软件而言，“开源”软件和“免费”软件指的是对使用方式的限制较少的软件。但是，二者之间是不同的，它们基于完全不同的价值观。开源是一种“开发方法”，自由软件是一种“社会运动”。自由软件允许用户“具有运行、复制、分发、学习、更改和改进软件的自由”，而不必从零开始。而开源软件则更侧重于协作和社区驱动的开发模式的价值。开源软件运动起源于最初的自由软件社区，通常，自由软件代码也是开源的，但开源的软件不一定是自由软件。开源方法在软件代码的开发和改进中引入了毋庸置疑的优势。如果社区正在尝试创建一种很新的应用程序编程语言，则该优势更加明显。量子计算是一个相对较新的领域，它引入了新的计算范式，运行量子算法的技术完全不同，最终的编程语言应满足所有可能用户的需求。然而，在经典编程和量子编程之间建立并行性不容易。我们将尝试以不同的抽象层对一些最著名的量子编程语言进行分类，尤其是那些由私人公司和初创公司开发的语言。这并不是一个详尽而且全面的清单，您可在量子客后期的更新中获得更完整的信息。本文接下来将专注于开发量子计算机的公司所使用的量子语言。但是，并不是所有的公司都使用这种开源策略来创建他们的代码，一些公司使用的语言是不公开的，甚至连名称也尚未公开。IBM已经开发了量子信息软件工具包（ QISKit），这是一个用于编写，模拟和运行量子程序的全栈库。该工具包包括了四个部分：1）Terra，它允许在量子门和脉冲级别编程（量子门通过脉冲序列实现）；2）Aqua，运行量子化学、优化问题和人工智能中使用的算法的高级编程；QISKit将量子程序转换为一种称为QASM的量子指令语言。Rigetti Computing创建了 Forest，这是一个用于编写和运行量子程序的开发环境。他们的量子设备使用名为 pyquil的python库进行编程，该库将根据量子门编写的程序转换为称为 quil的较低级语言。他们还开发了 Grove库，其中包含用于量子化学的算法（例如，用于量子化学的变分量子本征求解器）或用于优化问题的量子优化算法（QAOA）。微软提供的量子开发套件包括量子模拟器、实现量子算法的库以及称为 Q＃的全栈量子编程语言，该语言可作为Visual Studio的单独下载的扩展程序获得。微软仍在使用拓扑量子比特来开发其量子计算机，因此，他们目前提供了一个运行量子程序的量子模拟器。D-Wave的软件环境包括一种称为 qbsolv的量子语言，可帮助用户将其QUBO问题（其量子退火器要解决的问题的类型）映射到D-Wave设备的量子比特，连接并将程序转换为量子指令语言。他们还提供了一些更高级别的库来实现一些称为 QSage和 ToQ的优化问题。谷歌开发了一种称为 Cirq 的量子语言，它由一个python库组成，用于编写、操纵和优化线路，并再次运行它们，以运行量子计算机和模拟器。目前，一些公司和组织已使用它来运行Google量子设备。他们开发了 Strawberry Fields，这是一个专门针对连续变量量子计算的全栈库，该库基于光子的量子计算机。量子线路是使用 Blackbird量子编程语言编写的，该语言是其量子设备的汇编语言。本源量子开发了QRunes的编程语言，该语言用于编写和运行由本源开发的量子编程框架QPada构建的量子程序，该语言是其量子设备的汇编语言。由上文可以看出，当下有多种量子计算语言，每个公司都提出了对其设备进行编程的语言。其中哪一个会更好？没有谁能妄加论断。就像经典编程语言，最终将遭受一种自然选择，只有最常用的才能生存。有些公司试图通过开发通用语言来简化研究人员的工作，这些语言将根据所使用的硬件设备来对量子程序进行编译。ProjectQ便是这种通用量子语言之一，它可以将程序转换为任何类型的后端，比如IBM设备和Google量子计算机的模拟。另一种通用语言是XACC，这是一个用于对IBM、Rigetti和D-Wave量子计算机进行编程的全栈库。量子设备仍在不断的发展，量子语言也在不断的进化。在历史的进程中，各个量子公司的编程语言最终哪家能够成为通用编程语言，亦或者是否会诞生新的编程语言，力压群雄，最终成为真正的量子通用编程语言？且拭目以待。https://www.microsoft.com/en-us/quantum/development-kithttps://www.dwavesys.com/softwarehttps://www.rigetti.com/productshttps://medium.com/qiskit/qiskit-and-its-fundamental-elements-bcd7ead80492https://github.com/eclipse/xacchttps://mp.weixin.qq.com/s/6e4E-hQxoIPAHjJvcU8OWw
声明：此文出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵权，请作者持权属证明与我们联系，我们将及时更正、删除
