微軟透露量子計算編程語言Q Sharp發展方向

微軟的量子計算開發工具包Q#在2017年底發布，已滿一年，微軟也在今年初開源並支持了macOS與Linux平台，以擴大開發者規模。近期，微軟闡述了說明了Q#的設計理念與接下來的發展方向。

微軟發布Q#的原因，除了要讓量子開發更容易，同時也希望能滿足特定情境的需求，如微軟預告會添加自動化功能。微軟提到，量子位布局和量子閘合成，通常仍需要針對每個程序和目標硬件逐一進行，而自動化可以加速這個過程。

另外，Q#也能解決開發人員常會擔心代碼在硬件上執行時的錯誤糾正問題。以及由於量子位現在仍是稀缺資源，微軟認為，量子計算的長期目標應該是被用來解決，當前硬件還無法解決的計算密集型工作，微軟也希望在開發工作上，大規模量子程序優化應該被當作優先選項。

因此微軟選擇開發自有的語言，以便對信息的表達方式擁有完全的控制力，使其富有彈性，以及在量子編譯時能夠支持模塊化與可擴展軟件架構。微軟提到，編程語言不僅代表一組方便用來表達算法的工具，也同時塑造了開發者思考問題的方法，以及拆解問題成小任務並建構解決方案的方式。

根據目的調整和組合這些工具，編程語言可以對理解現有方法產生極大的影響，更不用說用在全新領域上。微軟想集合編程語言設計人員、編譯工程師、量子物理學家、算法和硬件專家以及各種軟件開發者，為量子計算塑造一種新的計算架構。

2018年11月Q#發布了0.3版，官方現在已經著手準備下一個版本，並且說明了Q#發展的方向。微軟提到，Q#中對數據結構的支持很少，雖然提供了許多高級語言功能來抽象經典概念以及量子控制流，但忽略了一些諸如類別等面向對象的機制。

微軟未來會將重點放在修正量子態的轉換，將其表達成Q#中的操作以及在未來的特性和關係。然而，數據的基本捆綁和這些操作為許多程序重要的部分，微軟希望提供適當的機制來表達，以允許達到抽象、方便以及降低代碼編寫錯誤。

除了增加的類型安全性之外，當前設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化，因此限制了他們的用途。由於微軟沒有提供動態反射的機制，因此不可能將運算符或是其他類型特定功能，應用於每個單獨呼叫解析其類型的參數項目。因此就這個設計的意義來說，這些項目只是個黑盒子，僅能用於傳遞。

由於量子設備排錯非常困難，微軟希望能以靜態的方式，執行這些繁重的工作，微軟提出了兩種可能的機制，以來減輕這些負擔，其中一是類型限制，這是一種的常見於熱門語言的機制，可以被視為基於類型屬性的專業化，另一種則是根據實際類型本身，追求更嚴格的專業化方向，以增加目前避免使用的過載的類型。而無論是哪一種方法，透過明確地將使用者定義的類型，與類型系統中的元組分開，是跨出擴展其能力的第一步。

微軟表示，Q#借助社區的力量不斷發展，雖然量子計算建立在量子力學之上，一般人因為對於這領域不熟悉而卻步，但是又因為量子計算建立在理想化量子系統的概念上，因此也符合部分容易學習的原則。微軟透過Q#開發博客的文章傳遞這些原則，並促使開發人員進行交流。