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2024 | OriginalPaper | Buchkapitel

Towards Higher Abstraction Levels in Quantum Computing

verfasst von : Hermann Fürntratt, Paul Schnabl, Florian Krebs, Roland Unterberger, Herwig Zeiner

Erschienen in: Service-Oriented Computing – ICSOC 2023 Workshops

Verlag: Springer Nature Singapore

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Abstract

This work is a survey and a position paper towards a higher abstraction in quantum computing (QC) programming frameworks and software development kits (SDKs). Since in 2003, Peter Shor complained about the limited increase in the number of QC algorithms [19], we see an urgent need to bridge the gap between well-established classical physics and quantum physics so that approaches become more intuitive, and - hopefully - more quantum algorithms can be discovered. In service-based hybrid QC frameworks, where algorithms need to be partitioned into quantum and classical tasks, we look at the methods available and the abstractions used.
For this paper we have investigated the various levels of abstraction in Silq, Qrisp, OpenQl, Qiskit, Cirq, IonQ, and Ocean, which are originated in the QC domain, as well as CUDA Quantum, rooted in the classical software domain. With the rise of Large Language Models (LLMs), we have also explored the capabilities of LLM-powered tools like GitHub Copilot, which currently represents the top level of abstraction.

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Fußnoten
3
Documentation Silq - High-level Quantum Programming; https://​silq.​ethz.​ch; ETH Zurich.
 
5
Python is ranked within the top 3 of currently most popular programming languages according to rating sites.
 
6
OpenQl read the docs; QuTech TU Delft; https://​openql.​readthedocs.​io/​en/​latest/​,.
 
7
IBM Quantum Documentation; https://​docs.​quantum-computing.​ibm.​com/​; IBM Corporation.
 
9
Steep in the sense of requiring effort to stay up-to-date.
 
10
Experiments using quantum circuits; https://​quantumai.​google/​cirq/​experiments; Google AI.
 
11
GitHub Copilot YourAI pair programmer; https://​github.​com/​features/​copilot.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Aho, A.V., Ullman, J.D.: Foundations of Computer Science. Computer Science Press, April 1994. google-Books-ID: ZXHAHAAACAAJ Aho, A.V., Ullman, J.D.: Foundations of Computer Science. Computer Science Press, April 1994. google-Books-ID: ZXHAHAAACAAJ
2.
Zurück zum Zitat Bichsel, B., Baader, M., Gehr, T., Vechev, M.: Silq: a high-level quantum language with safe uncomputation and intuitive semantics. In: Proceedings of the 41st ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, pp. 286–300. PLDI 2020, Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, June 2020. https://doi.org/10.1145/3385412.3386007 Bichsel, B., Baader, M., Gehr, T., Vechev, M.: Silq: a high-level quantum language with safe uncomputation and intuitive semantics. In: Proceedings of the 41st ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, pp. 286–300. PLDI 2020, Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, June 2020. https://​doi.​org/​10.​1145/​3385412.​3386007
9.
Zurück zum Zitat Khammassi, N., et al.: OpenQL: a portable quantum programming framework for quantum accelerators (2020) Khammassi, N., et al.: OpenQL: a portable quantum programming framework for quantum accelerators (2020)
Metadaten
Titel
Towards Higher Abstraction Levels in Quantum Computing
verfasst von
Hermann Fürntratt
Paul Schnabl
Florian Krebs
Roland Unterberger
Herwig Zeiner
Copyright-Jahr
2024
Verlag
Springer Nature Singapore
DOI
https://doi.org/10.1007/978-981-97-0989-2_13

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