Une hiérarchie d'abstraction pour une programmation quantique productive

L'expérience de sept décennies d'informatique classique suggère qu'une industrie informatique durable dépend d'une communauté d'ingénieurs logiciels écrivant des programmes pour répondre à une grande variété de besoins spécifiques des utilisateurs finaux, atteignant à la fois performance et utilité dans le processus. L'informatique quantique est une technologie émergente, et nous n'avons pas encore la perspicacité nécessaire pour comprendre quels outils et pratiques logiciels quantiques soutiendront le mieux les chercheurs, les ingénieurs logiciels ou les spécialistes des applications. Les développeurs pour les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui luttent avec les détails de bas niveau du matériel, et les progrès vers des dispositifs évolutifs ne suggèrent pas encore à quoi pourraient ressembler les abstractions de plus haut niveau. Dans cet article, nous analysons et redéfinissons l'état actuel de la pile logicielle quantique en utilisant le langage des modèles de programmation. Nous proposons une hiérarchie d'abstraction pour soutenir l'ingénierie logicielle quantique et discutons des conséquences des chevauchements entre les modèles de programmation, d'exécution et de matériel que l'on trouve dans les technologies actuelles. Nous appliquons cette hiérarchie pour résoudre le problème d'estimation des valeurs propres de deux manières (un algorithme variationnel avec atténuation des erreurs, et l'estimation de phase avec correction des erreurs) et soulignons les différences clés dans ces approches en termes de ces modèles superposés et de leurs chevauchements. Bien que notre travail mette en évidence des défis conceptuels concrets et des lacunes dans la programmation quantique et propose certaines étapes spécifiques à suivre, notre thèse principale est que les progrès dépendent d'une réflexion globale sur la hiérarchie d'abstraction, et pas seulement sur ses composants.