Kuantum programlama dilleri, kuantum bilgisayarlarda çalışmak üzere tasarlanmış programlardır ve klasik bilgisayar programlarından çok farklıdır. Kuantum hesaplama dillerini anlamak ve onlarla etkin bir şekilde çalışmak için kuantum mekaniği ve altında yatan matematiğin ilkeleri hakkında sağlam bir bilgiye sahip olmak genellikle gereklidir. Kuantum bilgisayarlar endüstride pratik kullanım durumları üzerinde çalıştıkça ve insanlık için şimdiye kadar zor olan sorunları çözdükçe, klasik bilgisayarlar tarafından yapılan işin yerini aldıkça, kuantum hesaplama programlama dilleri daha değerli araçlar haline gelecektir.
Halihazırda kuantum programlama dilleri konusunda eğitim almış kişilerin sayısı, klasik programlama dillerinde beceri sahibi olanlara kıyasla çok azdır; ancak bu gerçek, kuantum bilgisayarların daha geniş çapta benimsenmesiyle birlikte değişecektir.
Bu makalenin amacı, kuantum programlama dilinin ne olduğunu, kuantum/klasik programlama arasındaki farkın ne olduğunu ve mevcut kuantum programlama dillerinin türlerini açıkça ama kısaca açıklamaktır.
Kuantum Programlama Dili Nedir?
Kuantum programlama dili, tanımı gereği kuantum bilgisayarlar için program yazmak üzere özel olarak tasarlanmış bir programlama dilidir. Kuantum programlama dillerini klasik programlama dillerinden ayırırken göz önünde bulundurulması gereken diğer faktörler, kuantum algoritmalarını ve bunların yürütülmesini nasıl değerlendirip nitelendirdiklerinin yanı sıra bir kuantum sisteminin temellerini, yani dolanıklık, süperpozisyon ve kübitleri inceleme yetenekleridir.
Klasik ve Kuantum Programlama Arasındaki Fark Nedir?
Klasik ve kuantum programlama dilleri arasındaki farklar, her iki sistemin de temelini oluşturan temel unsurlara dayanmaktadır. Klasik bir sistem birler ve sıfırlardan oluşan doğrusal ikili öğeleri kullanan bir insan tarafından “programlanır” ve daha sonra sonuçlar (bilgi) elde etmek için işlenir. Kuantum sisteminde ise parçacıkların optimize edilmiş fiziksel özellikleri kuantum bilgisayarına bir matris olarak girilir, böylece kuantum bilgisinin temel birimi olan kübit sonuçları belirleyebilir.
Daha önce de belirtildiği gibi, bu karmaşık kuantum devrelerinin ve algoritmalarının başarılı bir şekilde uygulanması yüksek düzeyde fizik ve matematik gerektirir. Yalnızca kuantum programlama uzmanları – örneğin Kuadratik Kısıtsız İkili İşlem (QUBO) veya Kuadratik Yaklaşım Optimizasyon Algoritması (QAOA) karmaşıklıklarını anlamak için eğitilmiş – sorunları tanımlamak ve ardından kuantum bilgisayardan en iyi şekilde yararlanmak için bunları işlemek için deneyim ve bilgi sağlayabilir.
Kuantum Hesaplama Dillerinin Türleri
Kuantum hesaplama dillerinin sayısı her geçen gün artıyor. Açık kaynaklı bilgi ve kaynak paylaşımı anlayışına dayanan kuantum programlama dilleri, yüksek seviyeli yapılar kullanarak kuantum algoritmalarına yardımcı olmak için tasarlanmıştır. en iyi kuantum programlama dillerinin hangileri olduğuna geçmeden önce, Kuantum Talimat Setleri, Kuantum Yazılım Geliştirme Kitleri ve mevcut kuantum hesaplama programlama dillerinin türlerine kısaca değineceğiz.
KUANTUM KOMUT SETLERI
Bunlar, karmaşık algoritmaları kuantum işlemciler üzerinde gerçekleştirilebilecek fiziksel talimatlara dönüştürmek için kullanılır ve donanım platformunun kuantum mimarisinin (süper iletken / silikon tabanlı / sıkışmış iyonlar vb.
Bu türe örnek olarak cQASM, Quil, OpenQASM ve Blackbird verilebilir.
KUANTUM YAZILIM GELIŞTIRME KITLERI
Kuantum yazılım geliştirme kitleri (SDK’lar) kuantum programları tasarlamak ve kullanmak için çeşitli araçlar sunarken, kullanıcıya kuantum programlarını simüle etme veya bulut tabanlı kuantum cihazları kullanarak çalıştırılmak üzere hazırlama olanağı da sağlar.
Kuantum işlemcilere ve/veya Kuantum Geliştirme Kitlerine erişimi olan mevcut SDK’lar Ocean, Qiskit, ProjectQ, Forest, t|ket>, Strawberry Fields, PennyLane ve Cirq’tir.
KUANTUM PROGRAMLAMA DILLERI
Kuantum Programlama Dilleri iki dil kategorisine ayrılabilir: Zorunlu ve Fonksiyonel. Zorunlu programlama, yazılımın bir programın durumunu değiştiren ifadeler kullanmasıdır; İşlevsel programlama ise işlevlerin uygulanması ve oluşturulmasıyla oluşturulur.
erişilebilen Imperative kuantum programlama dillerine örnek olarak QCL, Quantum pseudocode, Q#, Q|SI>, Q language, qGCL, QMASM, Scaffold ve son olarak ETH Zürich’te geliştirilen Silq verilebilir.
Fonksiyonel varyasyonlar QFC, QPL, QML, LIQUi|>, Quantum lambda calculi, Quipper ve funQ gibi dilleri içerir.
Bu kategorilerdeki bireysel kuantum programlama dillerinin örnekleriyle birlikte mevcut farklı kuantum programlama dillerini sunduğumuza göre, “en iyi” kuantum bilgi işlem programlama dillerinin hangileri olduğunu inceleyeceğiz.
En İyi 5 Kuantum Programlama Dili
Tüm “En İyi Listeler” ile bu son derece özneldir, ancak The Quantum Insider’ın en iyi kuantum programlama dillerinin hangileri olduğuna dair kararı, bahsetmek üzere olduklarımızın hem akademide hem de endüstride gezegendeki en iyi kuantum uzmanları tarafından kullanılmasıdır. Amazon’daki herhangi bir YouTube videosuna, blog eğitimine veya kitaba gidin ve aynı programların tekrar tekrar ortaya çıktığını göreceksiniz.
Bu bizim kararımız değil, daha geniş bir topluluğun objektif görüşüdür.
1.PYTHON (GERÇEK KUANTUM PROGRAMLAMA DILI)
Kuantum hesaplamaya olabildiğince hızlı ve stressiz bir şekilde girmenize yardımcı olacak gerçek bir programlama dili söz konusu olduğunda, Python cevap olabilir. İlk olarak otuz yıldan uzun bir süre önce Python Yazılım Vakfı tarafından geliştirilen Python, kuantum sistemleriyle çalışmayı daha da kolaylaştıran QuTip vb. gibi birçok paketin mevcut olması nedeniyle iyi bir programlama dilidir. Muhtemelen bunu kullanmak için en kolay durum, öğrenmenin kolay olması ve kuantum çerçevelerinin çoğunun özellikle bu dil göz önünde bulundurularak tasarlanmış olmasıdır.
Şimdi bireysel açık kaynak paketlerine ve geliştirme kitlerine geçelim.
2.QISKIT (AÇIK KAYNAKLI PROGRAMLAMA ARACI)
Qiskit, IBM’in 2017 yılında kuantum programlama dünyasına armağanı oldu. Devreler, darbeler ve algoritmalar düzeyinde kuantum bilgisayarlarla çalışmak için açık kaynaklı bir Yazılım Geliştirme Kiti olan Qiskit, IBM Research ve daha geniş Qiskit topluluğu tarafından geliştirildi ve kuantum programları oluşturmak ve manipüle etmek ve bunları IBM Quantum Experience’daki prototip kuantum cihazlarında veya yerel bir bilgisayardaki simülatörlerde çalıştırmak için araçlar sağlıyor.
3.OCEAN™ (KUANTUM HESAPLAMA PROGRAMLAMA PAKETI)
Ocean™ yazılımı, hem D-Wave GitHub deposunda hem de Leap kuantum bulut hizmetinde Ocean Yazılım Geliştirme Kiti aracılığıyla erişilebilen bir açık kaynak Python araçları paketidir. Kuantum bilişim sektöründe öncü olan D-Wave, Ocean’ı geliştiricilerin karmaşık sorunları çözmek için D-Wave’in Advantage kuantum bilgisayarının gücünü denemelerine ve kullanmalarına olanak sağlamak üzere tasarlamıştır.
4.Q# (KUANTUM HESAPLAMA PROGRAMLAMA ALGORITMASI)
Sırada Microsoft’un Q# – # ‘sharp’ olarak telaffuz edilir – dili var. Kuantum Geliştirme Kiti ile birlikte kullanılan Q# ilk olarak 2017 yılında ortaya çıktı ve kuantum algoritmalarını ifade etmek için kullanılan alana özgü bir programlama dilidir. Bu kuantum programlama dilinin bir avantajı, bir algoritmanın yürütülmesi sırasında genel klasik akış kontrolünü desteklemesidir. Özellikle, klasik akış kontrolü kuantum ölçüm sonuçlarına dayanır, bu da ara ölçümlere bağlı olan şeyleri yazmayı çok daha kolay hale getirir.
5.CIRQ (GOOGLE AI PROGRAMLAMA DILI)
Google Quantum AI ekibi tarafından geliştirilen ve 2018 yazında Uluslararası Kuantum Yazılım ve Kuantum Makine Öğrenimi Çalıştayı’nda duyurulan (public alpha) Cirq, gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) bilgisayarlar için açık kaynaklı bir çerçevedir. Paket, monte carlo veya tam yoğunluk matrisi simülasyonları kullanarak gürültülü kuantum kanallarıyla başa çıkabilen hem dalga fonksiyonları hem de yoğunluk matrisleri için yerleşik simülatörlerle birlikte gelir. Cirq ayrıca bir dalga fonksiyonu simülatörü olan qsim ile de çalışır.
Eşit derecede iyi olan pek çok araç kutusu ve paket var, ancak hepsinden bahsetmek için zamanımız yok.
Önümüzdeki Yıllarda Kuantum Programlamadan Ne Beklemeliyiz?
Ne biz ne de okuyucularımız Nostradamus olmadığımız için bu soruya cevap vermek imkansız gibi görünüyor. Ancak, Aralık 2021’de yayınlanan ve kuantum devrelerinin otomatik sentezi için bir kuantum algoritma tasarım yazılımı platformu sağlayan Tel Aviv, İsrail merkezli bir kuantum girişimi olan Classiq’in kurucu ortağı ve CTO’su Dr. Yehuda Naveh tarafından yazılan “Önümüzdeki İki Yılda Kuantum Bilişimden Ne Beklemeli?” başlıklı çok anlayışlı bir Forbes makalesinde Naveh, “kuantum yeteneklerine ve daha iyi yazılım platformlarına olan talebin artacağına” inanıyor.
Bu alandaki bu uzmanın görüşünü dikkate alırsak, Naveh’in de belirttiği gibi bekleyebiliriz:
“[Kuantumu] programlamayı bilen ama kuantum hesaplama uzmanı olmayan – en azından henüz olmayan – insanlar için daha erişilebilir kılan yazılım platformlarının yükselişi […]. Yaygın makine öğrenimi platformları gibi, kullanıcıları kaputun altındaki karmaşıklıktan korurlar. Bu kuantum tasarım platformları yardımcı olabilir.”
Önümüzdeki yıllarda kuantum bilişimin klasik makineler üzerindeki etkinliğinin daha fazla kullanım alanına tanık olacağımıza hiç şüphe yok. O halde kuantum programlama dillerinin, Kuantum Yazılım Geliştirme Kitlerinin ve kodlama platformlarının eğitim kursları ve akredite sertifikasyon yoluyla daha iyi anlaşılmasını ve erişilebilir olmasını, yazılım uzmanlarının ve bağlantılı mesleklerin işe alınmasının zor olmayacağı bir sektöre yol açmasını bekliyoruz.
