Грисп ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

Eclipse Qrisp (также называемый '''Qrisp''') — это программное обеспечение с открытым исходным кодом|программная среда квантового программирования высокого уровня с открытым исходным кодом|инфраструктура, предназначенная для упрощения реализации и разработки квантовых алгоритмов|квантовых алгоритмов.

Qrisp выпущен как программное обеспечение с открытым исходным кодом | программное обеспечение с открытым исходным кодом в рамках проекта Eclipse Foundation,
== Квантовое программирование высокого уровня ==
Ниже приведен простой пример Qrisp для умножения двух чисел с плавающей запятой. Можно
наблюдайте за созданием двух 3-кубитных чисел с плавающей запятой, которым последовательно присваиваются значения 3 и 4. После этого для реализации умножения используется перегруженный оператор, прежде чем в конечном итоге печать результата приводит к измерению на QPU (или симуляторе), приводящему к результату 12 с вероятностью 1,0.

из qrisp import QuantumFloat

# Создать переменные типа QuantumFloat
п = 3
а = QuantumFloat(n)
б = QuantumFloat(n)

# Присвоение значений
а[:] = 3
б[:] = 4

# Выполнение операций с QuantumVariables
рез = а * б

# Имитация квантовой программы
печать(рез)

Основные цели Qrisp — преодолеть разрыв между классическими практиками разработки программного обеспечения и требованиями к квантовому оборудованию. Цель проекта — предложить «абстракции высокого уровня», чтобы разработчики могли выражать квантовый алгоритм|квантовые алгоритмы в знакомых терминах (тип данных|типы данных, функция (компьютерное программирование)|функции, поток управления) без управления отдельными кубитами и вентилями.

Qrisp представляет несколько ключевых технических функций и абстракций для поддержки квантового программирования высокого уровня:

* '''Квантовые переменные:''' Основная абстракция - это '''Квантовые переменные'''. Каждая QuantumVariable представляет квантовое состояние (например, регистр кубитов) и скрывает от пользователя детали распределения кубитов и управления ими. Специализированные подклассы (встроенные типы) включают QuantumFloat.

* «QuantumModulus», «QuantumBool», «QuantumChar» и «QuantumString», которые поддерживают арифметические и другие операции в квантовых схемах.

* '''Сессии и невычисление:''' Каждая QuantumVariable управляется '''QuantumSession''', которая отслеживает ее жизненный цикл. Когда временные квантовые переменные больше не нужны, Qrisp автоматически «пересчитывает» их, чтобы распутать и освободить кубиты|кубиты. Такое автоматическое вычисление (например, с помощью декоратора @auto_uncompute) обеспечивает эффективное повторное использование кубитов без ручного вмешательства.

* '''Квантовые структуры данных:''' Qrisp поддерживает составные структуры данных: ''QuantumArray'' позволяет обрабатывать несколько квантовых переменных одного типа как массив NumPy (с разрезанием, изменением формы и т. д.). "QuantumDictionary" позволяет использовать квантовые переменные в качестве ключей, интегрируя классические отношения данных в квантовые алгоритмы.

* '''Схема построения:''' Модуль '''Схема построения''' позволяет пользователям создавать собственные схемы. Интерфейсы Qrisp отражают общую программную среду|фреймворки (например, аналогичные Qiskit) для таких операций, как Адамар и управляемый вентиль НЕ|вентили CNOT, управляемые операции и модульная арифметика. Например, Qrisp предоставляет встроенные функции для квантового преобразования Фурье|Квантовое преобразование Фурье (QFT) и других многокубитных операций, упрощая такие алгоритмы, как алгоритм Шора|Шора алгоритм.
* '''Поток управления и среды:''' Qrisp реализует классический поток управления (условный (компьютерное программирование)|условные выражения, цикл (программирование)|циклы), используя «квантовые среды». Условное выполнение блоков кода может быть задано аналогично классическим программам, а Qrisp незаметно выполняет необходимые условные квантовые операции.

* '''Симулятор:''' Платформа включает в себя высокопроизводительный симулятор вектора состояния, использующий методы разреженной матрицы. Этот симулятор может запускать схемы размером порядка 100 кубитов, что позволяет разработчикам тестировать алгоритмы в автономном режиме.

* '''Аппаратная совместимость:''' Qrisp компилирует высокоуровневый код в квантовые схемы в формате QASM. Эти схемы могут быть выполнены на любом сервере с поддержкой QASM. В частности, Qrisp обеспечивает интеграцию с поставщиками оборудования, такими как IBM, IQM Quantum Computers|IQM, AQT и другими. Бесшовное встраивание в Python (язык программирования)|Python означает, что код Qrisp можно комбинировать с другими научными инструментами, а также произвольной классической предварительной или постобработкой с помощью Python (языка программирования)|библиотек Python.

== Алгоритмы и приложения ==
Qrisp предназначен для «разработки и исследования квантовых алгоритмов» и был продемонстрирован на различных задачах квантовых вычислений:

* '''Квантовый поиск (алгоритм Гровера|Алгоритм Гровера):''' Qrisp предлагает конструкции для построения оракулов Гровера и операторов диффузии. Его высокоуровневый интерфейс позволяет кратко кодировать задачи поиска.

* '''Факторинг (алгоритм Шора|Алгоритм Шора):''' Используя арифметические типы и конструкции циклов Qrisp, пользователи реализовали алгоритм факторинга Шора. Модель Qrisp позволяет выразить квантовую часть алгоритма Шора всего в нескольких строках кода, создавая схемы со значительно меньшими ресурсами по сравнению с традиционными реализациями.

* '''Оптимизация:''' Исследователи Фраунгофера продемонстрировали решение задачи коммивояжера с помощью Qrisp. Используя квантовую структуру данных | структуры данных (программирование массивов | массивы, переменные (высокоуровневое программирование) | переменные) и управление ресурсами Qrisp, они добились лучшего масштабирования кубитов, чем известные решения, при этом для реализации потребовалось менее 100 строк кода.

* '''Квантовый симулятор|Квантовое моделирование и химия:''' Поддержка библиотекой сложных арифметических и управляемых операций делает ее подходящей для задач моделирования, таких как квантовая химия (моделирование гамильтоновой молекулы|гамильтонианы) и других задач линейной алгебры|линейной алгебры. Например, встроенные операции QFT и модульные арифметические типы можно использовать для моделирования квантовых систем и вычисления молекулярных спектров (основываясь на таких подходах, как HHL).

* '''Машинное обучение|Машинное обучение (потенциал):''' Интеграция Qrisp с классическими библиотеками еще не полностью продемонстрирована, но предполагает, что его можно использовать для исследований в области квантового машинного обучения, где квантовые схемы взаимодействуют с тензорными библиотеками.

В целом, Qrisp позиционируется как инструмент масштабирования программирования квантовых вычислений для промышленности и научных кругов: он использовался для тестирования квантовых алгоритмов и для обучения концепциям квантового программирования. Уровень абстракции делает его полезным для изучения новых алгоритмических идей без непосредственного изучения деталей аппаратного обеспечения.

== Соавторы и сообщество ==
Разработка Qrisp была инициирована компанией Fraunhofer-Gesellschaft|Fraunhofer FOKUS в Берлине. Проект финансировался государством Федеральным министерством экономики и энергетики | Федеральным министерством экономики и борьбы с изменением климата и Европейским Союзом.

Qrisp управляется как проект Eclipse Foundation. Сообщество Eclipse поддерживает его модель открытого управления. Несколько компаний, занимающихся квантовыми вычислениями, участвовали в разработке Qrisp: например, интерфейс удаленного выполнения программного обеспечения|фреймворка был протестирован с оборудованием от eleQtron, IQM Quantum Computers|IQM, Alpine Quantum Technologies (AQT) и IBM. Немецкий аэрокосмический центр и другие учреждения также поддержали проект, о чем свидетельствуют сотрудники Qrisp и логотипы.

Заметной инициативой является «Сообщество Thinq Qrisp» (запущенное в сентябре 2024 г.), которое объединяет представителей промышленности и научных кругов для работы над Qrisp и связанными с ним идеями квантовой разработки программного обеспечения. Это сообщество предлагает ресурсы, учебные мероприятия и сетевые возможности для продвижения использования и развития Qrisp. Исходный код и документация Qrisp остаются общедоступными (например, через GitHub и Python Package Index|PyPI) для поддержки широкого сотрудничества.

'''Промышленный интерес'''

В «июле 2025 года» IQM объявила, что Qrisp станет «комплектом для разработки программного обеспечения | SDK по умолчанию» на платформе IQM Quantum Computers | IQM Resonance.


Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Qrisp