Fehlerfrei dank automatischer Müllabfuhr

Die wichtigste Neuerung und Erleichterung, die Silq für Quantenprogrammiersprachen einführt, betrifft eine Fehlerquelle, die das Quantenprogrammieren bisher erschwerte: Jeder Computer berechnet eine Aufgabe in mehreren Zwischenschritten. Dabei entstehen Zwischenergebnisse, so genannte temporäre Werte. Um den Arbeitsspeicher zu entlasten, werden diese Werte bei klassischen Computern automatisch entfernt.

Informatikerinnen und Informatiker sprechen hier von «Garbage Collection» oder von «Müllabfuhr», weil die überflüssigen Zwischenwerte entsorgt werden. Bei Quantencomputern ist diese Entsorgung wegen der Quantenverschränkung nicht so einfach: Die früheren Rechenwerte können mit den aktuellen wechselwirken und die korrekte Berechnung stören. Entsprechend erfordert die Bereinigung solcher temporärer Werte auf Quantencomputern eine fortgeschrittene Technik, die in der Fachsprache «uncomputation» genannt wird.

«Silq ist die erste Quantenprogrammiersprache, die nicht mehr benötigte Werte automatisch erkennt und entsorgt», erklärt Bichsel. Dafür nutzten die Informatikerinnen und Informatiker ihr Know-​how der klassischen Programmiersprachen. Ihre automatische Müllabfuhr, beziehungsweise ihre Methode, wie sie die «uncomputation» ausführen, verwendet nämlich nur Programmierbefehle, die frei sind von speziellen Quantenoperationen – sie ist «qfree», wie Vechev und Bichsel sagen.

«Silq ist ein wichtiger Durchbruch auf dem Weg zu einer optimalen Programmierung von Quantencomputern, der letzte Entwicklungsschritt ist sie nicht», sagt Vechev. Noch gibt es viele offene Fragen. Dadurch, dass «Silq» verständlicher ist, erhoffen sich Vechev und Bichsel sowohl Impulse für die Weiterentwicklung der Quantenprogrammiersprachen als auch für die Lehre und die Entwicklung neuer Quantenalgorithmen.

«Unser Viererteam hat den Durchbruch nach zwei Jahren Arbeit dank der Kombination verschiedener Expertisen in Sprachdesign, Quantenphysik und Implementierung geschafft. Wenn nun andere Forschungs-​ und Entwicklungsteams unsere Neuerungen aufgriffen, wäre das ein schöner Erfolg», schliesst Bichsel.