IBM, Qiskit’in Python dışındaki giriş noktalarını genişleterek, Rust ile yazılmış yüksek performanslı çekirdeğe ulaşan birleşik bir C arayüzü üzerinden Fortran, C++ ve Julia’dan kullanılmasını sağladı. Şirket, bu tasarımın kuantum devrelerinin mevcut uygulamalar içinde doğrudan oluşturulmasına ve çalıştırılmasına, Python yorumlayıcısı eklenmesine veya verilerin Python nesnelerine aktarılmasına gerek bırakmadığını belirtiyor.
Bu adım, geliştirme paketindeki temel veri modeli için C arayüzünü kullanıma sunan Qiskit 2.0’dan bu yana geçerli. Üç dilin bağlantıları aynı ortak Qiskit kütüphanesini kullandığından, bir dilde oluşturulan devreler, ilke olarak, aynı nesne korunarak C++ ve Fortran gibi başka bir dile aktarılabiliyor.
Qiskit’e üç yol
Fortran için IBM, devreleri oluşturmak ve onlarla çalışmak üzere qiskit-fortran arayüzünü sunuyor. Bu arayüz, C arayüzünü çağırmak için standart iso_c_binding mekanizmasından yararlanıyor. Devre, değişken kapsamdan çıktığında belleği serbest bırakan türetilmiş bir tür kullanıyor. Ayrıca mevcut kuantum kimyası uygulamalarındaki Hamiltonian gibi veriler, Fortran belleğinde tutuldukları yerden doğrudan devre oluşturma yordamlarına aktarılabiliyor; bunları Python’a kopyalamaya veya yeniden tahsis etmeye gerek kalmıyor.
IBM’in ilk kez önceki yıl duyurduğu qiskit-cpp ise yalnızca başlık dosyaları üzerinden çalışan bir C++ arayüzü. Program, Qiskit C kütüphanesine bağlanabiliyor; devre nesnesinin belleği ise kapsamdan çıktığında otomatik olarak yönetiliyor. IBM, devrelerin qiskit-ibm-runtime’ın C istemcisi ya da QRMI ve SQC üzerinden gönderilebileceğini belirtiyor.
Qiskit.jl ve QiskitIBMRuntime.jl, Jupyter not defterleri içinde çalışma ve IBM Quantum donanımına erişim de dahil olmak üzere Julia kullanıcıları için etkileşimli bir yol sunuyor. İki paket, C işaretçilerinin ayrıntılarını gizliyor ve devrelerin Python’daki Qiskit’e yakın bir tarzda oluşturulup çalıştırılmasını sağlıyor. Ancak Julia’nın kübitleri 1’den başlayarak numaralandırdığı, Python’ın ise 0’dan başlayan numaralandırmayı kullandığı dikkate alınmalı.
Pratikte ne değişiyor?
Yeni arayüzler, bilimsel uygulamaları Fortran, C++ veya Julia’ya dayanan araştırmacıları; özellikle simülasyon, fizik, kimya, mühendislik ve yüksek performanslı bilgi işlem alanlarını hedefliyor. Qiskit’i ayrı bir işlem olarak çalıştırmak veya her adımı koordine etmek için Python kullanmak yerine, kuantum devresi aynı klasik uygulama içinde bağlı bir yordam olarak çağrılabiliyor. Buna devrenin oluşturulması, belirli bir donanım için optimize edilmesi, donanıma gönderilmesi ve ardından sonuçların işlenmesi de dahil.
IBM bu yolu, 100 kübite kadar bir sistem üzerinde enine alanlı Ising modelinin simülasyonunu yapan bir Julia örneğiyle açıklıyor. Örnek, Trotterization kullanarak Schrödinger denkleminin evriminin yaklaşık olarak hesaplanmasını, ardından devrenin optimize edilip donanımda çalıştırılmasını ve konumların mıknatıslanmasının hesaplanmasını içeriyor. Örneğin kavramsal sonuçları, Trotter adımının boyutunun küçültülmesinin yaklaşım hatasını azalttığını, ancak devre derinliğini artırdığını gösteriyor. Bu da sonunda donanım gürültüsünün, artan hassasiyetten elde edilen kazanımdan daha büyük olmasına yol açabilir.
Sınırlamalar ve açık sorular
IBM, Python’a özel olmayan tüm bağlantıların hâlâ aktif geliştirme aşamasında olduğunu vurguluyor. Bu nedenle duyuruda nihai ve kararlı arayüzler veya ayrıntılı karşılaştırmalı performans sonuçları sunulmuyor. Ayrıca 100 kübitlik örnek, kuantum hesaplamanın pratik sınırlamalarının aşıldığı anlamına gelmiyor; tensör ağlarıyla klasik simülasyonun referansı, dolaşıklık arttıkça daha az güvenilir hâle gelirken uygulamanın doğruluğu Trotter hatası ve donanım gürültüsüyle bağlantılı kalıyor.
Buradaki temel değer, başlı başına yeni bir kuantum kapasitesi sunmak değil, kuantum kaynaklarının mevcut HPC kodlarına entegre edilmesinin önündeki yazılımsal sürtünmeyi azaltmak. Arayüzlerin etkisi; paketlerin olgunluğuna, mevcut araştırma ortamlarıyla entegrasyonuna ve kuantum donanımının klasik alternatiflerin sunduklarını aşan sonuçlar üretme kapasitesine bağlı olacak.