量子科技中心_量科网

当今的量子程序仍处于较低的抽象层次——量子电路类似于汇编语言，甚至先进的量子编程语言本质上仍充当电路描述语言。这种现状阻碍了可扩展性、代码清晰度以及对高层推理的支持。研究人员需要更具抽象性和表现力的量子编程结构。为此，该研究团队引入了一种新颖而简洁的量子编程语言，仅通过“相位操作”即可生成酉矩阵：该语言将（全局）相位操作与量子版的“if let”结构相结合，后者通过模式匹配实现子空间选择。这种极简语言将焦点从量子门转移到特征分解、共轭变换和受控酉矩阵等量子算法设计的核心构件上。 研究人员通过多种方式展示了该语言的表现力：首先，通过推导通用量子门集证明了其表达能力具有普适性；其次，演示了如何自然简洁地表达重要量子算法，包括格罗弗搜索算法、哈密顿量模拟、量子傅里叶变换、量子信号处理及量子本征值变换。此外，该工作基于范畴量子力学建立了清晰的指称语义，并实现了一个将语言项高效编译为量子电路的原型编译器，经证明其编译结果完全符合语义规范。这些成果共同表明，该构造为迈向更抽象、结构化的量子编程提供了理论基础与实践路径。