Специалисты Лос-Аламосской национальной лаборатории по заказу Министерства энергетики США создали и выложили в открытый доступ краткое руководство по основам программирования квантовых компьютеров. Руководство ориентировано на программистов, желающих войти в мир квантовых вычислений. В документе подробно рассмотрены как принципы работы квантового «железа», так и 20 популярных квантовых алгоритмов.

Руководство в формате PDF на английском языке можно скачать по этой ссылке на этой странице. Среди 20 рассмотренных алгоритмов есть такие основополагающие, как алгоритм Гровера для поиска в базах данных и многого другого, и алгоритм Шора для факторизации целых чисел. Чтобы связать алгоритмы с квантовым «железом», в руководстве разъясняется их реализация на 5-кубитовом квантовом компьютере IBMQX4 компании IBM и других системах. В каждом случае авторы обсуждают результаты реализации и объясняют различия между симулятором и запуском на реальных аппаратных платформах.

«Написание квантовых алгоритмов радикально отличается от написания программ для классических вычислений и требует некоторого понимания квантовых принципов и математики, лежащей в их основе, — сказал Андрей Юрьевич Лохов, учёный из Лос-Аламосской национальной лаборатории и ведущий автор недавно опубликованного руководства в ACM Transactions on Quantum Computing. — Наше руководство поможет квантовым программистам начать работу в этой области, которая будет развиваться по мере того, как всё больше и больше квантовых компьютеров с всё большим количеством кубитов будут становиться обычным делом».

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

Раздел о квантовом компьютере IBM охватывает набор вентилей, доступных для алгоритмов, фактические физические реализованные вентили, способы соединения кубитов и источники шума (ошибок). В другом разделе рассматриваются различные типы квантовых алгоритмов. После этого руководство углубляется в 20 выбранных алгоритмов с постановкой задачи, описанием и шагами по реализации каждого из них на квантовой платформе IBM или, в некоторых случаях, на других компьютерах.

Заканчивается материал обширным списком ссылок на связанные работы с углублённой подачей информации по теме. Кто интересуется, не пропустите.