Aby zacząć temat programowania kwantowego, warto wyjaśnić pojęcie komputera kwantowego.
Idea budowy komputerów kwantowych pojawiła się dość dawno, bo na początku lat 80. ubiegłego stulecia. Kompletną teorię działania komputera kwantowego opracował w połowie lat 80. David Deutsch. W kolejnych latach teoria komputerów kwantowych wzbudzała zainteresowania coraz szerszej społeczności naukowców i fanów informatycznych rozwiązań.
Komputer kwantowy w odróżnieniu od klasycznego komputera oparty jest o fizykę kwantową. W standardowym komputerze informacje są reprezentowane przez podstawową jednostkę informacji, jaką jest bit, który przyjmuje wartość 0 lub 1. Jest to stan napięcia elektrycznego układu elektronicznego. 0 odpowiada za brak napięcia, a 1 potwierdza, że napięcie istnieje.
W komputerze kwantowym bit jest reprezentowany przez tzw. kubit i w odróżnieniu od bita jego stany nie są ograniczone. Kubit jest kwantową superpozycją zera i jedynki, czyli położenia pojedynczego atomu w strukturze.
W dużym uproszczeniu, zejście do mikroświata atomu i wykorzystanie fizyki kwantowej, daje dużo większe możliwości obliczeniowe niż współczesne komputery. Ale jak to wykorzystać?
Protoplasta technologii kwantowych w komputerach, IBM, przekonuje, że programowanie dla układów kwantowych nie będzie się znacząco różniło od tego, co jest aktualnie znane. Powstają już pierwsze języki lub symulatory programowania kubitów, takie jak Python qiskit czy Q# od Microsoft. Dostępne są narzędzia, takie jak Quantum Development Kit (QDK), czyli zestaw algorytmów pozwalających zasymulować komputer kwantowy na zwykłym komputerze stacjonarnym i stworzyć wirtualny zestaw kubitów.
Q# składnią przypomina C# i pozwala zamodelować teleportację kwantową informacji. Splątane ze sobą kubity będą w przyszłości podstawą działania kwantowego internetu. Programowanie przypomina pisanie sterowników dla kart graficznych. Narzędzie Microsoftu pozwoli modelować algorytmy w małej skali, które można uruchomić na standardowym komputerze, aby później wykorzystać je dla bardziej skomplikowanych obliczeń przy zastosowaniu procesorów kwantowych.
Niestety, to wszystko na chwilę obecną to tylko teoria. Komputery kwantowe jeszcze przez długi czas nie będą dostępne dla przeciętnego użytkownika, więc realne możliwości wykorzystania tej technologii dopiero przed nami.