10、量子编程语言介绍与挑战

量子编程语言介绍与挑战

1. 量子计算面临的问题与高级语言的必要性

在当今的量子计算机中，我们面临着环境噪声的问题，并且很难隔离量子粒子以创建量子比特状态，这就是为什么量子比特中总是存在噪声。这些有噪声的量子设备被称为有噪声的中等规模量子（NISQ）设备。

如果仅依赖低抽象级别的低级电路编程，开发量子操作系统、软件或基于量子的网络应用将非常困难。当特定应用的电路规模变大时，也容易出现错误。因此，为量子计算机开发更复杂的应用，量子高级语言（HLL）是非常必要的，Silq 编程语言就是朝着这个方向迈出的重要一步。

NISQ 设备的 CX 门面临的噪声比其他单量子比特门多 10 倍，所以在计算成本时，CX 门的数量要乘以 10。可以看出，量子电路中的门越少，成本就越低。

2. 常见的经典高级语言软件开发工具包

2.1 IBM 的 Qiskit 量子编程语言

IBM 在 2017 年 3 月推出了 Qiskit（https://qiskit.org/）编程工具包，为各种重要的量子算法及其实际应用提供了有价值的资源。IBM 还创建了量子模拟器，并在 2016 年在云端推出了量子计算机硬件，使其更广泛地商业化。

Qiskit 主要分为四个主要组件：
| 组件名称 | 功能 |
| ---- | ---- |
| Qiskit Terra | 提供创建低级量子电路编程的工具，被研究人员和行业人士广泛使用 |
| Qiskit Ignis | 提供量子纠错和缓解的工具 |
| Qiskit Aqua | 支持量子算法的各种应用，如优化、人工智能和金融 |
| Qis