퀼(명령어 집합 아키텍처)

Quil은 공유 양자/클래식 메모리 모델을 처음 도입한 양자 명령 집합 아키텍처입니다.Robert Smith, Michael Curtis 및 William Zeng에 의해 A Practical Quantum Instruction Set ^[1]Architecture에서 소개되었습니다.많은 양자 알고리즘(양자 순간이동, 양자 오류 보정, 시뮬레이션 ^[2][3]및 최적화 알고리즘^[4] 포함)에는 공유 메모리 아키텍처가 필요합니다.퀼은 리게티컴퓨팅이 ^[5][6]포레스트 양자 프로그래밍 API를 통해 개발한 초전도 양자 프로세서를 위해 개발 중이다.Python 라이브러리 이름:pyQuil퀼 프로그램을 개발하기 위해 도입되었습니다.Quil 백엔드는 다른 양자 프로그래밍 ^[7][8]환경에서도 지원됩니다.

기본 양자 추상 기계

Smith, Curtis 및 Zeng이 제시한 논문에서 Quille은 튜링 기계와 유사한 Quantum Abstract Machine(QAM, 양자 추상 기계) 명령 세트를 명시하고 있으며, "실제"^[1] 작업을 수행하는 데 보다 실용적입니다.QAM 상태는 6-태플$({\displaystyle \delta \mathrm{}}$ ${\displaystyle 、}$ C${\displaystyle }$、 ${\displaystyle G}$、 ${\displaystyle {}^{}}$ 、 G${\displaystyle {}^{}、P}$ )$$\$displaystyle( \Psi \rangle ,$ C ,$G$ ' G ' , G ' , $P$, \$kappa )$로 나타낼 수 있습니다.

• $δ${\ { $displaystyle \Psi$ \rangle$$$$}은 0 기반의 인덱싱을 사용하여 색인화된 $고정적$이지만 임의의 수의 ${\displaystyle {큐비트}_{}}$ N$q$ { $displaystyle N_{$q$$}의 (양자) 상태입니다.
• ${\displaystyle }$C$(\displaystyle$ C$)$는 0 기반 인덱싱을 사용하여 인덱싱된 N$(\$의 클래식 메모리입니다.
• ${\displaystyle G}${$displaystyle$ G$}$ 고정적이지만$$ 임의의 정적 게이트 목록(Hadamard 게이트와 같은 파라미터에 의존하지 않는 양자 게이트).
• ${\displaystyle {}^{}}$G ${\$ \ $displaystyle$ G$'$는 고정적이지만 임의적인 파라미터 목록(위상 편이 게이트와 같이 각도 파라미터를 완전히 정의해야 하는 복잡한 파라미터에 따라 달라짐)입니다.
• $프로그램$을 나타내는 일련의 Quil 명령어를 $표시합니다$$.$P$(\displaystyle$ P$)$의 $길이$는 P$displaystyle$ P$)$로 ${\displaystyle 표시}$됩니다.
• $§$ ${\displaystyle$ \kappa$}$ 실행할 다음 명령을 가리키는 정수 프로그램 ${\displaystyle \mathrm{카운터}}$.$§$ $(\displaystyle$ \kappa$$}는 항상 0$(\$th$$} $명령$을 $가리키며{\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$)에서 시작하여$P$(\$displaystyle$P$$ })에서 ${\displaystyle 끝나}$ 프로그램 중단을 나타냅니다(마지막 ${\displaystyle 명령}$에는$인덱스$ P - 1(\$displaystyle$ P$$ 1)).$$프로그램 카운터는 특수 제어 흐름 지시(조건 및 무조건 점프) 및 특수 명령을 제외한 모든 지시 후에 증가합니다.HALT$"\displaystyle\kappa"$ 를$$ "$P{\displaystyle }$$displaystyle$ P$"$ 로 ${\displaystyle 설정}$하여 프로그램을 중지하는 명령입니다.

QAM의 의미는 힐버트 공간의 텐서 곱과 그 ^[1]사이의 선형 맵을 사용하여 정의된다.

특징들

퀼은 매트릭스 형태로 가능한 파라메타화된 게이트를 정의하고(언어는 매트릭스가 단일한지 확인하는 방법을 포함하지 않으며, 정의된 게이트의 물리적 실현을 위해 필요한 조건이다) 큐비트에 적용할 수 있다.이 언어는 또한 가능한 매개 변수화된 양자 회로의 매크로와 같은 정의와 그 확장, 큐비트 측정 및 클래식 메모리에 결과의 기록, 기존 컴퓨터와의 동기화 및WAIT클래식 프로그램이 실행, 조건부 및 무조건 분기, 플러그마 지원 및 라이브러리로 사용할 파일 포함이 종료될 때까지 Quil 프로그램의 실행을 일시 중지하는 명령(표준 게이트 세트가 라이브러리의 하나로 제공됨)

리게티 QVM

Rigetti Computing은 정의된 Quantum Abstract Machine을 기존 컴퓨터에서 시뮬레이트하여 HTTP를 ^[9]통해 원격으로 실행할 수 있는 Quantum Virtual Machine을 개발했습니다.

예

다음 예시는 레지스터 ^[10][11]1을 등록하기 위해 레지스터 2의 큐비트를 양자 순간이동하는 데 필요한 고전적인 제어 흐름을 보여 줍니다.

# 클래식 메모리 선언 선언하다 로 조금[2] # 종짝 만들기 H 0 하지 않다 0 1 # 텔레포트 하지 않다 2 0 H 2 재다 2 로[0] 재다 0 로[1] # 측정치를 클래식하게 전달한다. 점프하지 않는 한 @건너뛰다. 로[1] X 1 라벨. @건너뛰다. 점프하지 않는 한 @끝. 로[0] Z 1 라벨. @끝. 

양자 푸리에 변환과 변이 양자 에이겐솔버의 구현 예를 이 논문에서 제시한다.

레퍼런스

외부 링크

• GitHub GitHub 저장소의 퀼