微软透露量子计算编程语言Q Sharp发展方向

微软的量子计算开发工具包Q#在2017年底发布，已满一年，微软也在今年初开源并支持了macOS与Linux平台，以扩大开发者规模。近期，微软阐述了说明了Q#的设计理念与接下来的发展方向。

微软发布Q#的原因，除了要让量子开发更容易，同时也希望能满足特定情境的需求，如微软预告会添加自动化功能。微软提到，量子位布局和量子闸合成，通常仍需要针对每个程序和目标硬件逐一进行，而自动化可以加速这个过程。

另外，Q#也能解决开发人员常会担心代码在硬件上执行时的错误纠正问题。以及由于量子位现在仍是稀缺资源，微软认为，量子计算的长期目标应该是被用来解决，当前硬件还无法解决的计算密集型工作，微软也希望在开发工作上，大规模量子程序优化应该被当作优先选项。

因此微软选择开发自有的语言，以便对信息的表达方式拥有完全的控制力，使其富有弹性，以及在量子编译时能够支持模块化与可扩展软件架构。微软提到，编程语言不仅代表一组方便用来表达算法的工具，也同时塑造了开发者思考问题的方法，以及拆解问题成小任务并建构解决方案的方式。

根据目的调整和组合这些工具，编程语言可以对理解现有方法产生极大的影响，更不用说用在全新领域上。微软想集合编程语言设计人员、编译工程师、量子物理学家、算法和硬件专家以及各种软件开发者，为量子计算塑造一种新的计算架构。

2018年11月Q#发布了0.3版，官方现在已经着手准备下一个版本，并且说明了Q#发展的方向。微软提到，Q#中对数据结构的支持很少，虽然提供了许多高级语言功能来抽象经典概念以及量子控制流，但忽略了一些诸如类别等面向对象的机制。

微软未来会将重点放在修正量子态的转换，将其表达成Q#中的操作以及在未来的特性和关系。然而，数据的基本捆绑和这些操作为许多程序重要的部分，微软希望提供适当的机制来表达，以允许达到抽象、方便以及降低代码编写错误。

除了增加的类型安全性之外，当前设置中的用户定义类型的能力受限，目前以黑盒的方式将类型参数化，因此限制了他们的用途。由于微软没有提供动态反射的机制，因此不可能将运算符或是其他类型特定功能，应用于每个单独呼叫解析其类型的参数项目。因此就这个设计的意义来说，这些项目只是个黑盒子，仅能用于传递。

由于量子设备排错非常困难，微软希望能以静态的方式，执行这些繁重的工作，微软提出了两种可能的机制，以来减轻这些负担，其中一是类型限制，这是一种的常见于热门语言的机制，可以被视为基于类型属性的专业化，另一种则是根据实际类型本身，追求更严格的专业化方向，以增加目前避免使用的过载的类型。而无论是哪一种方法，透过明确地将使用者定义的类型，与类型系统中的元组分开，是跨出扩展其能力的第一步。

微软表示，Q#借助社区的力量不断发展，虽然量子计算建立在量子力学之上，一般人因为对于这领域不熟悉而却步，但是又因为量子计算建立在理想化量子系统的概念上，因此也符合部分容易学习的原则。微软透过Q#开发博客的文章传递这些原则，并促使开发人员进行交流。