微軟的量子計(jì)算開發(fā)工具包Q#在2017年底發(fā)布，已滿一年，微軟也在今年初開源并支持了macOS與Linux平臺(tái)，以擴(kuò)大開發(fā)者規(guī)模。近期，微軟闡述了說明了Q#的設(shè)計(jì)理念與接下來(lái)的發(fā)展方向。

[[253828]]

微軟發(fā)布Q#的原因，除了要讓量子開發(fā)更容易，同時(shí)也希望能滿足特定情境的需求，如微軟預(yù)告會(huì)添加自動(dòng)化功能。微軟提到，量子位布局和量子閘合成，通常仍需要針對(duì)每個(gè)程序和目標(biāo)硬件逐一進(jìn)行，而自動(dòng)化可以加速這個(gè)過程。

另外，Q#也能解決開發(fā)人員常會(huì)擔(dān)心代碼在硬件上執(zhí)行時(shí)的錯(cuò)誤糾正問題。以及由于量子位現(xiàn)在仍是稀缺資源，微軟認(rèn)為，量子計(jì)算的長(zhǎng)期目標(biāo)應(yīng)該是被用來(lái)解決，當(dāng)前硬件還無(wú)法解決的計(jì)算密集型工作，微軟也希望在開發(fā)工作上，大規(guī)模量子程序優(yōu)化應(yīng)該被當(dāng)作優(yōu)先選項(xiàng)。

因此微軟選擇開發(fā)自有的語(yǔ)言，以便對(duì)信息的表達(dá)方式擁有完全的控制力，使其富有彈性，以及在量子編譯時(shí)能夠支持模塊化與可擴(kuò)展軟件架構(gòu)。微軟提到，編程語(yǔ)言不僅代表一組方便用來(lái)表達(dá)算法的工具，也同時(shí)塑造了開發(fā)者思考問題的方法，以及拆解問題成小任務(wù)并建構(gòu)解決方案的方式。

根據(jù)目的調(diào)整和組合這些工具，編程語(yǔ)言可以對(duì)理解現(xiàn)有方法產(chǎn)生極大的影響，更不用說用在全新領(lǐng)域上。微軟想集合編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)人員、編譯工程師、量子物理學(xué)家、算法和硬件專家以及各種軟件開發(fā)者，為量子計(jì)算塑造一種新的計(jì)算架構(gòu)。

2018年11月Q#發(fā)布了0.3版，官方現(xiàn)在已經(jīng)著手準(zhǔn)備下一個(gè)版本，并且說明了Q#發(fā)展的方向。微軟提到，Q#中對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持很少，雖然提供了許多高級(jí)語(yǔ)言功能來(lái)抽象經(jīng)典概念以及量子控制流，但忽略了一些諸如類別等面向?qū)ο蟮臋C(jī)制。

微軟未來(lái)會(huì)將重點(diǎn)放在修正量子態(tài)的轉(zhuǎn)換，將其表達(dá)成Q#中的操作以及在未來(lái)的特性和關(guān)系。然而，數(shù)據(jù)的基本捆綁和這些操作為許多程序重要的部分，微軟希望提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)制來(lái)表達(dá)，以允許達(dá)到抽象、方便以及降低代碼編寫錯(cuò)誤。

除了增加的類型安全性之外，當(dāng)前設(shè)置中的用戶定義類型的能力受限，目前以黑盒的方式將類型參數(shù)化，因此限制了他們的用途。由于微軟沒有提供動(dòng)態(tài)反射的機(jī)制，因此不可能將運(yùn)算符或是其他類型特定功能，應(yīng)用于每個(gè)單獨(dú)呼叫解析其類型的參數(shù)項(xiàng)目。因此就這個(gè)設(shè)計(jì)的意義來(lái)說，這些項(xiàng)目只是個(gè)黑盒子，僅能用于傳遞。

由于量子設(shè)備排錯(cuò)非常困難，微軟希望能以靜態(tài)的方式，執(zhí)行這些繁重的工作，微軟提出了兩種可能的機(jī)制，以來(lái)減輕這些負(fù)擔(dān)，其中一是類型限制，這是一種的常見于熱門語(yǔ)言的機(jī)制，可以被視為基于類型屬性的專業(yè)化，另一種則是根據(jù)實(shí)際類型本身，追求更嚴(yán)格的專業(yè)化方向，以增加目前避免使用的過載的類型。而無(wú)論是哪一種方法，透過明確地將使用者定義的類型，與類型系統(tǒng)中的元組分開，是跨出擴(kuò)展其能力的***步。

微軟表示，Q#借助社區(qū)的力量不斷發(fā)展，雖然量子計(jì)算建立在量子力學(xué)之上，一般人因?yàn)閷?duì)于這領(lǐng)域不熟悉而卻步，但是又因?yàn)榱孔佑?jì)算建立在理想化量子系統(tǒng)的概念上，因此也符合部分容易學(xué)習(xí)的原則。微軟透過Q#開發(fā)博客的文章傳遞這些原則，并促使開發(fā)人員進(jìn)行交流。