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在传统计算机的运算中，调试程序是软件开发中最耗时的任务之一，而在量子计算领域中，研究人员预测这将是一个更大的挑战。据美国“物理学网”6月21日消息称，在美国计算机协会（ACM）和电气和电子工程师协会（IEEE）即将召开的第46届计算机体系结构国际研讨年会上，美国普林斯顿大学研究人员将公布一篇研究论文，文中将展示目前基于统计测试的量子运算调试工具，其目标是帮助程序员为不久之后问世的量子计算机开发出合适的量子程序。
随着人们对量子运算实验兴趣的日益高涨，一个迫在眉睫的新挑战便是：如何帮助程序员将这些抽象算法转换能正确运行的量子程序代码。该论文的作者之一、普林斯顿大学博士后Yipeng Huang介绍道：“我们发现，即使是专门从事量子计算的研究人员，在编写量子程序代码时也会犯一些细微的错误，从而导致程序无法给出正确的运算结果。如果说对经验丰富的量子程序员来说都是如此棘手，那么在没有调试器等工具的帮助下，初学量子计算的学生如何才能写出正确的程序呢?”
在这篇名为《验证量子程序模式和发现其中缺陷的统计学断言》的论文中，Huang和该校计算机科学教授Margaret Martonosi列举出了调试量子程序的三个关键困难点，并评估了解决这些困难的各种方案。
第一个困难是，当程序运行时，程序员不能轻松地检查量子程序中变量的值。论文中的解决方法是，只通过使用关于崩溃量子态的信息来寻找调试量子程序的方法。
第二个困难是，即使可以观测或模拟量子态，它通常也是高维的，难以对其进行解释，这也就限制了这种手段在程序员对有问题的量子程序进行调试时的有用性。Huang和Martonosi的解决方案是对测量结果进行统计测试，以帮助程序员判断结果是否符合三种特定的状态。
第三个困难是，对于调试量子程序，目前的程序员还没有任何关于应在什么地方、检查什么内容的技术指南。Huang解释道：“目前，研究人员编写量子程序的方式，是对非常低层次的信息进行逐个操作。我们论文的一个贡献是，讨论了量子算法中的模式和结构可以如何引导程序员去检查些什么。”
对于解决编写正确量子运算程序的问题，Huang和Martonosi在调试工具方面的研究工作是一个实用的应对方法。相关方法的领域也正在不断扩大，其中的许多方法也正是基于形式证明。Huang总结道：“我们发现，编写正确的量子程序需要多种技术的结合。就像传统编程一样，量子程序员将依赖于实用技术和形式技术的结合。”
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编译：朱明逸
审稿：三水
责编：唐林芳
原文链接：
https://phys.org/news/2019-06-debugging-tools-quantum.html
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