A IBM ampliou os pontos de entrada do Qiskit para além do Python, permitindo usá-lo a partir de Fortran, C++ e Julia por meio de uma interface C unificada que dá acesso ao núcleo de alto desempenho escrito em Rust. A empresa afirma que esse design permite construir e executar circuitos quânticos diretamente em aplicações existentes, sem incorporar um interpretador Python ou transferir dados para objetos Python.
A iniciativa está disponível desde o Qiskit 2.0, que revelou a interface C para o modelo de dados básico do kit de desenvolvimento. Como os bindings das três linguagens usam a mesma biblioteca compartilhada do Qiskit, os circuitos criados em uma linguagem podem, em princípio, ser passados para outra, como C++ e Fortran, mantendo o mesmo objeto.
Três caminhos para o Qiskit
Para Fortran, a IBM oferece a interface qiskit-fortran para construir e manipular circuitos, aproveitando o mecanismo padrão iso_c_binding para chamar a interface C. O circuito usa um tipo derivado que libera a memória quando a variável sai do escopo. Também é possível passar dados como Hamiltonianos de aplicações de química quântica que já estejam na memória do Fortran diretamente para os procedimentos de construção do circuito, sem copiá-los para o Python ou realocá-los.
Já o qiskit-cpp, anunciado pela IBM pela primeira vez no ano anterior, é uma interface C++ baseada apenas em arquivos de cabeçalho. O programa pode ser vinculado à biblioteca C do Qiskit, enquanto a memória do objeto do circuito é gerenciada automaticamente quando ele sai do escopo. A IBM menciona a possibilidade de enviar circuitos por meio do cliente C do qiskit-ibm-runtime ou via QRMI e SQC.
O Qiskit.jl e o QiskitIBMRuntime.jl oferecem um caminho interativo para usuários de Julia, incluindo o trabalho em notebooks Jupyter e o acesso ao hardware IBM Quantum. Os dois pacotes ocultam os detalhes dos ponteiros C e permitem criar e executar circuitos de uma forma próxima à do Qiskit em Python, levando em conta que Julia começa a numerar os qubits em 1, enquanto o Python usa a numeração a partir de 0.
O que muda na prática?
As novas interfaces têm como alvo pesquisadores cujas aplicações científicas dependem de Fortran, C++ ou Julia, especialmente em simulação, física, química, engenharia e computação de alto desempenho. Em vez de executar o Qiskit como um processo separado ou usar Python para coordenar cada etapa, é possível chamar o circuito quântico como um procedimento vinculado dentro da própria aplicação clássica. Isso inclui construir o circuito, otimizá-lo para um hardware específico, enviá-lo ao hardware e, em seguida, processar os resultados.
A IBM explica esse caminho por meio de um exemplo em Julia para simular um modelo de Ising de campo transverso em um sistema de até 100 qubits. O exemplo inclui a aproximação da evolução da equação de Schrödinger usando Trotterization, seguida da otimização do circuito, de sua execução no hardware e do cálculo da magnetização dos sítios. Os resultados conceituais do exemplo mostram que reduzir o tamanho do passo de Trotter diminui o erro de aproximação, mas aumenta a profundidade do circuito, o que pode acabar levando a um ruído de hardware maior que o ganho resultante do aumento da precisão.
Limitações e questões em aberto
A IBM confirma que todos os bindings não relacionados ao Python ainda estão em desenvolvimento ativo; por isso, o anúncio não apresenta interfaces finais estáveis nem resultados comparativos detalhados de desempenho. Além disso, o exemplo de 100 qubits não significa que as limitações práticas da computação quântica tenham sido superadas: a referência de simulação clássica com redes tensoriais se torna menos confiável à medida que o emaranhamento aumenta, enquanto a precisão da execução continua relacionada ao erro de Trotter e ao ruído do hardware.
O valor principal está em reduzir o atrito de software para integrar recursos quânticos a códigos de HPC existentes, e não em oferecer, por si só, uma nova capacidade quântica. O impacto das interfaces dependerá da maturidade dos pacotes, de sua integração com os ambientes de pesquisa atuais e da capacidade do hardware quântico de fornecer resultados que superem o que as alternativas clássicas oferecem.