Для потенциальных квантовых программистов, ломающих голову над тем, как начать игру по мере того, как квантовые компьютеры распространяются и становятся общедоступными, новое руководство для начинающих представляет собой подробное введение в квантовые алгоритмы и их реализацию на существующем оборудовании.

«Написание квантовых алгоритмов радикально отличается от написания классических вычислительных программ и требует некоторого понимания квантовых принципов и математики, лежащей в их основе», — сказал Андрей Ю. Лохов, ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории и ведущий автор недавно опубликованного руководства по ACM Transactions по квантовым вычислениям. «Наше руководство помогает квантовым программистам начать работу в этой области, которая будет расти по мере того, как все больше и больше квантовых компьютеров со все большим количеством кубитов станут обычным явлением».

В кратких отдельных разделах руководства рассматриваются 20 квантовых алгоритмов, в том числе известные фундаментальные квантовые алгоритмы, такие как алгоритм Гровера для поиска в базе данных и многие другие, а также алгоритм Шора для разложения целых чисел на множители. Устанавливая связь с реальным миром, руководство затем знакомит программистов с реализацией алгоритмов на общедоступном 5-кубитном квантовом компьютере IBMQX4 IBM и других. В каждом случае авторы обсуждают результаты реализации и объясняют различия между симулятором и реальным аппаратным обеспечением.

«Эта статья стала результатом быстрого реагирования Института информационных наук и технологий в Лос-Аламосе, где около 20 сотрудников лаборатории самостоятельно выбрали для изучения и реализации стандартного квантового алгоритма в квантовой системе IBM Q», — говорится в сообщении. Стефан Эйденбенц, старший научный сотрудник по квантовым вычислениям в Лос-Аламосе, соавтор статьи и директор ISTI, когда работа над ней началась.

По словам Эйденбенза, цель состояла в том, чтобы подготовить рабочую силу Лос-Аламоса к квантовой эре, направив тех сотрудников, у которых мало или вообще нет опыта квантовых вычислений, на всем пути реализации квантового алгоритма на реальном квантовом компьютере.

По словам Эйденбенза, эти сотрудники, в дополнение к нескольким студентам и хорошо зарекомендовавшим себя квантовым экспертам, составляют длинный список авторов этой «краудсорсинговой» обзорной статьи, которая уже неоднократно цитировалась.

Первый раздел руководства охватывает основы квантового компьютерного программирования, объясняя кубиты и системы кубитов, фундаментальные квантовые концепции суперпозиции и запутанности и квантовые измерения, прежде чем приступить к более глубокому материалу унитарных преобразований и вентилей, квантовых схем и квантовых алгоритмов.

В разделе, посвященном квантовому компьютеру IBM, рассматривается набор вентилей, доступных для алгоритмов, фактически реализованные физические вентили, способы соединения кубитов и источники шума или ошибок.

В другом разделе рассматриваются различные типы квантовых алгоритмов. Затем руководство погружается в 20 выбранных алгоритмов с определением проблемы, описанием и шагами по реализации каждого из них на IBM или, в некоторых случаях, на других компьютерах.

Обширные ссылки в конце руководства помогут заинтересованным читателям глубже изучить квантовые алгоритмы.