Quil (архитектура набора команд)

Quil - это архитектура с квантовым набором команд, которая впервые представила общую квантовую / классическую модель памяти. Его представили Роберт Смит, Майкл Кертис и Уильям Зенг в книге «Практическая архитектура набора квантовых команд» . ^[1] Многие квантовые алгоритмы (включая квантовую телепортацию , квантовую коррекцию ошибок , моделирование ^{[2] [3]} и алгоритмы оптимизации ^[4] ) требуют архитектуры разделяемой памяти . Quil разрабатывается для сверхпроводящих квантовых процессоров, разработанных Rigetti Computing through the Forest.API квантового программирования . ^{[5] [6]} Python библиотека называется pyQuilбыла введена для разработки программ Квил с более высокими конструкциями уровня. Бэкэнд Quil также поддерживается другими средами квантового программирования. ^{[7] [8]}

Базовая квантовая абстрактная машина [ править ]

В статье, представленной Смитом, Кертисом и Зенгом, Квил определяет набор инструкций для квантовой абстрактной машины (QAM), подобной машине Тьюринга, но более практичной для выполнения задач «реального мира». ^[1] Состояние QAM может быть представлено в виде кортежа из 6, где:${\ Displaystyle (| \ Psi \ rangle, C, G, G ', P, \ kappa)}$

• ${\ displaystyle | \ Psi \ rangle}$- (квантовое) состояние фиксированного, но произвольного числа кубитов, проиндексированных с использованием индексации на основе 0 .${\ displaystyle N_ {q}}$
• ${\ displaystyle C}$представляет собой классическую память ряда классических битов, проиндексированных с использованием индексации на основе 0.${\ displaystyle N_ {c}}$
• ${\ displaystyle G}$фиксированный, но произвольный список статических вентилей ( квантовых вентилей , не зависящих от таких параметров, как вентиль Адамара ).
• ${\ displaystyle G '}$фиксированный, но произвольный список параметрических вентилей (вентилей, которые зависят от ряда сложных параметров, таких как вентиль фазового сдвига , для которого требуется полностью определить параметр угла ).
• ${\displaystyle P}$последовательность выполняемых инструкций Quil, представляющая программу. Длина обозначается .${\displaystyle P}$${\displaystyle |P|}$
• ${\displaystyle \kappa }$целочисленный счетчик программы, указывающий на следующую инструкцию, которая должна быть выполнена. всегда начинается с 0 (указывает на инструкцию) и заканчивается при указании остановки программы (обратите внимание, что последняя инструкция имеет индекс ). Счетчик программы увеличивается после каждой инструкции, за исключением специальных инструкций потока управления (условных и безусловных переходов и специальная инструкция, которая останавливает программу, устанавливая на .${\displaystyle \kappa }$${\displaystyle 0^{th}}$${\displaystyle |P|}$${\displaystyle |P|-1}$HALT${\displaystyle \kappa }$${\displaystyle |P|}$

В семантике ОК определяются с использованием тензорных произведений из гильбертовых пространств и линейных отображений между ними. ^[1]

Особенности [ править ]

Quil поддерживает определение возможно параметризованных вентилей в матричной форме (язык не включает способ проверки унитарности матриц , что является необходимым условием для физической реализуемости заданных вентилей) и их применение на кубитах. Язык также поддерживает макроподобные определения возможных параметризованных квантовых схем и их расширения, измерение кубитов и запись результата в классической памяти, синхронизацию с классическими компьютерами с помощью WAITинструкции, которая приостанавливает выполнение программы Quil до тех пор, пока классическая программа не завершит свою работу. выполнение, условное и безусловное ветвление , прагмаподдержка, а также включение файлов для использования в качестве библиотек (в качестве одной из библиотек предоставляется стандартный набор вентилей).

Rigetti QVM [ править ]

Компания Rigetti Computing разработала квантовую виртуальную машину на Common Lisp, которая имитирует определенную квантовую абстрактную машину на классическом компьютере и способна анализировать и выполнять программы Quil с возможным удаленным выполнением через HTTP. ^[9]

Пример [ править ]

Следующий пример демонстрирует классический поток управления , необходимый , чтобы сделать квантовую телепортацию из кубита в регистре 2 для регистрации 1: ^{[10] [11]}

# Объявить классическую память DECLARE  ro  BIT [ 2 ] # Создать Bell Pair H  0 CNOT  0  1 # Телепорт CNOT  2  0 H  2 MEASURE  2  ro [ 0 ] MEASURE  0  ro [ 1 ] # Измерения классической передачи JUMP-UNLESS  @ SKIP  ro [ 1 ] X  1 LABEL  @ SKIP JUMP-UNLESS  @ END  ro [ 0] Z  1 LABEL  @ END

В статье приведены примеры реализации квантового преобразования Фурье и вариационного квантового эйгенсольвера .

Ссылки [ править ]