Variational Quantum Algorithms are hybrid classical-quantum algorithms where classical and quantum computation work in tandem to solve computational problems. These algorithms create interesting challenges for the design of suitable programming languages. In this paper we introduce Qimaera, which is a set of libraries for the Idris 2 programming language that enable the programmer to implement (variational) quantum algorithms where the full power of the elegant Idris language works in synchrony with quantum programming primitives that we introduce. The two key ingredients of Idris that make this possible are (1) dependent types which allow us to implement unitary (i.e. reversible and controllable) quantum operations; and (2) linearity which allows us to enforce fine-grained control over the execution of quantum operations that ensures compliance with the laws of quantum mechanics. We demonstrate that Qimaera is suitable for variational quantum programming by providing implementations of the two most prominent variational quantum algorithms -- QAOA and VQE. To the best of our knowledge, this is the first implementation of these algorithms that has been achieved in a type-safe framework.


翻译:在本文中,我们引入了Qimaera,这是一套用于Idris 2编程语言的图书馆,使程序员能够实施(变式)量子算法,使优雅的Idris语言的全部力量与我们引入的量子编程原始力同步。使这一点得以实现的Idris的两个关键要素是:(1) 允许我们实施统一(即可逆和可控)量子操作的依附类型;(2) 允许我们对量子操作的执行实施精细控制,以确保符合量子力法的线性操作。我们通过提供两种最突出的量子调控算法 -- -- QAOA和VQE -- -- 的落实,证明Qimarea适合差异量子算法的制定。 据我们所知,这是在类型安全框架内实现的这些算法的首次实施。

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