13 языков и инструментов квантового программирования, которые необходимо знать к 2026 году

Квантовые языки программирования быстро становятся важнейшими инструментами в наступающую эпоху квантовых вычислений. Это новое поколение языков программирования позволяет разработчикам и исследователям взаимодействовать с кубитами и разрабатывать алгоритмы, которые вскоре могут на порядки превзойти свои классические аналоги.

По состоянию на 2025 год было представлено более 37 различных языков квантового программирования, каждый из которых адаптирован к конкретным моделям, оборудованию и вариантам использования квантовых вычислений. В совокупности эти языки отражают разнообразные подходы к квантовым вычислениям:от вентильных систем и вариационных схем до адиабатических моделей и гибридных классически-квантовых алгоритмов. [1]

Ниже я выделил ведущие языки квантового программирования, которые позволяют разработчикам эффективно использовать особенности квантовой механики для решения сложных задач. 

Знаете ли вы?  

На GitHub размещено более 21 000 репозиториев квантового программного обеспечения, что отражает рост на 200% с 2017 года. Эти репозитории привлекли вклады более чем 10 000 уникальных разработчиков, а совокупный объем коммитов кода превысил 1,2 миллиона строк. [2]

13. Количество

Первоначальная версия :2022 г.
Разработан :Независимые исследователи и участники открытого ПО.
Уникальная сила :Квантовый подход и модель чистой абстракции.
Наилучший вариант :Исследователи ищут легкий набор инструментов без привязки к поставщику.

Qunity — менее известный, но дальновидный квантовый язык программирования и среда, сочетающая ясность классических моделей программирования с уникальными парадигмами квантовой механики. 

Он создан с нуля как квантово-родной язык, обеспечивающий соблюдение квантово-механических ограничений (таких как запрет на клонирование и унитарная эволюция) как на уровне системы типов, так и на логическом уровне. 

Хотя он черпает вдохновение из классических языков программирования, таких как C и Python, он адаптирует синтаксис и семантику для естественной совместимости с принципами квантовых вычислений, такими как линейность, обратимость, суперпозиция и запутанность. [3]

Конструкция Qunity является модульной и не зависит от серверной части, с поддержкой симуляторов и уровней совместимости, разрабатываемых для использования в будущем с реальными квантовыми процессорами.  

12. ТКЕТ 

Первоначальная версия :2019
Разработан :Квантинуум
Уникальная сила :Интеллектуальное управление аппаратными ограничениями.
Наилучший вариант :аппаратно-зависимая оптимизация схемы; инструменты производственного уровня

TKET действует в первую очередь как оптимизирующий компилятор и среда выполнения промежуточного уровня, которая взаимодействует между квантовыми программами высокого уровня и различными объектами квантового оборудования. 

TKET фокусируется на оптимизации квантовых схем, синтезе вентилей и маршрутизации кубитов. Он преобразует абстрактные квантовые алгоритмы в аппаратно-совместимые инструкции с минимальной глубиной и частотой ошибок. 

Его способность разумно обрабатывать аппаратные ограничения (такие как ограничения на подключение кубитов, точность вентилей и собственные наборы инструкций) позволяет ему создавать более эффективные схемы с меньшим количеством вентилей и более коротким временем выполнения. 

В независимых тестах TKET показал на 40% меньшее количество вентилей и на 25–30% более быстрое время выполнения по сравнению с собственными компиляторами в некоторых случаях использования. 

11. ПроектQ 

Первоначальная версия :2016 г. 
Разработан :ETH Цюрих
Уникальная сила :Модульная конструкция, ориентированная на компилятор.
Наилучший вариант :Исследование квантового компилятора и образовательные цели

ProjectQ предоставляет модульную и расширяемую платформу квантовых вычислений для исследователей, разработчиков и преподавателей. 

Написанный на Python, это был один из первых квантовых SDK, в котором особое внимание уделялось архитектуре на основе компилятора, в которой квантовые программы преобразуются в промежуточные представления перед выполнением на симуляторах или реальном квантовом оборудовании. 

ProjectQ подчеркивает модульность, позволяя разработчикам определять квантовые программы в стиле Python, компилировать их с помощью настраиваемых конвейеров и выполнять их либо на встроенных симуляторах, либо на серверных программах, таких как IBM Quantum Experience. Кроме того, дизайн, ориентированный на компилятор, обеспечивает детальный контроль над оптимизацией, декомпозицией вентилей и целевой трансляцией. [4]

Он также поддерживает эмуляцию квантовых схем, моделирование волновых функций, эмуляцию унитарной матрицы и может служить экспериментальной площадкой для исследований компиляторов, квантовой коррекции ошибок и исследований по оптимизации. 

10. Язык квантовых вычислений (QCL)

Первоначальная версия :2000
Разработан :Бернхард Омер
Уникальная сила :Чистый, низкоуровневый доступ к квантовому состоянию.
Наилучший вариант :Изучение классической квантовой гибридной структуры

QCL – один из первых языков программирования высокого уровня, созданных специально для квантовых вычислений.

В то время, когда квантовое программирование в основном выполнялось на математическом или схемном уровне, QCL представил структурированный синтаксис, переменные, условные выражения, циклы и модульные функции — по сути, заложив основу для более поздних квантовых языков высокого уровня. 

Он разделяет классические и квантовые вычисления, где классические регистры управляют потоком управления, а квантовые регистры (куреги) хранят и манипулируют квантовыми состояниями. В этом языке представлены многие из ныне распространенных конструкций программирования для квантовых вычислений, такие как унитарные операторы, инструкции измерения, обратимые вычисления и вспомогательные кубиты для временного использования. 

Хотя QCL не привязан к какому-либо коммерческому квантовому оборудованию, он остается ценным инструментом в академических и исследовательских целях, особенно для обучения и моделирования квантовых алгоритмов. 

9. Клубничные поля

Первоначальная версия :2018 г.
Разработан :Занаду
Уникальная сила :Эксклюзивное внимание к квантовым вычислениям CV.
Наилучший вариант :Моделирование и программирование фотонных квантовых систем

Strawberry Fields — это полнофункциональная библиотека квантового программирования с открытым исходным кодом, предназначенная для квантовых вычислений с непрерывной переменной (CV). Он специально разработан для квантовых фотонных схем, которые используют квантовые состояния света (например, сжатые состояния, когерентные состояния и гауссовы состояния) для выполнения вычислений.

По своей сути Strawberry Fields использует язык квантовой ассемблера Blackbird. Это позволяет разработчикам проектировать, моделировать и оптимизировать фотонные квантовые схемы, используя как вентильные модели, так и рабочие процессы машинного обучения. 

Его можно использовать вместе с PennyLane (еще один проект Xanadu) для облегчения гибридных квантово-классических вычислений и приложений машинного обучения. Платформа хорошо подходит для использования в области квантового машинного обучения, квантовой химии, квантовой криптографии CV и исследований в области квантовой оптики. [5]

8. Океан

Первоначальная версия :2018 г.
Разработан :Системы D-Wave
Уникальная сила :Предназначен для квантового отжига; поддерживает гибридные решатели
Наилучший вариант :Решение задач комбинаторной оптимизации

Ocean — это среда квантового программирования с открытым исходным кодом, специально разработанная, чтобы помочь пользователям разрабатывать и оптимизировать задачи для квантовых отжигов — парадигма, сильно отличающаяся от квантовых компьютеров на основе вентилей. [6]

Это не язык программирования в традиционном понимании, а набор инструментов, встроенный в Python, который переводит определяемые пользователем проблемы (в основном проблемы оптимизации) в форму, которую можно решить с помощью оборудования квантового отжига D-Wave.

Модульная архитектура Ocean делает его легко расширяемым для разработчиков и исследователей, работающих над собственными решателями или эвристикой оптимизации. Он лучше всего подходит для решения задач комбинаторной оптимизации, таких как маршрутизация транспортных средств, оптимизация портфеля, планирование и задачи машинного обучения. 

Кроме того, Ocean легко интегрируется с облачным сервисом D-Wave Leap, предоставляя разработчикам немедленный доступ к квантовому оборудованию и ресурсам. В 2025 году D-Wave объявила о доступности своей системы квантовых вычислений Advantage2, содержащей более 4400 кубитов. Ocean был обновлен для полной поддержки этой системы следующего поколения.

7. КуТиП

Первоначальная версия :2012 г.
Разработан :Йоханнес Йоханссон, Пол Нэйшн и соавторы.
Уникальная сила :Мощь моделирования, ориентированная на физику
Наилучший вариант :Теоретические исследования и моделирование

QuTiP — это комплексная платформа с открытым исходным кодом, которая фокусируется на моделировании физики квантовых систем, особенно в эволюции в непрерывном времени, основных уравнениях и неунитарной динамике. 

Написанный на Python и оптимизированный с использованием NumPy, SciPy и Cython, QuTiP эффективен для численных вычислений. Он позволяет исследователям моделировать и решать зависящие от времени уравнения Шредингера, основные уравнения Линдблада и уравнения движения Гейзенберга, которые являются центральными в квантовой механике. [7]

QuTiP также предоставляет набор решателей, включая mesolve для главных уравнений Линдблада:sesolve для уравнений Шрёдингера и mcsolve для моделирования Монте-Карло. Эти решатели позволяют изучать как закрытые, так и открытые квантовые системы в различных условиях.  

Эти возможности делают его широко используемым в таких областях, как квантовая оптика, квантовая термодинамика, КЭД полостей и исследования сверхпроводящих кубитов.

6. ПенниЛейн

Первоначальная версия :2018 г.
Разработан :Занаду
Уникальная сила :Интегрируется с классическими экосистемами машинного обучения.
Наилучший вариант :Квантовое машинное обучение; гибридные классико-квантовые модели

PennyLane — это библиотека квантовых вычислений на основе Python с открытым исходным кодом, которая интегрирует квантовые вычисления с рабочими процессами машинного обучения, предлагая инструменты для автоматического дифференцирования квантовых схем. 

Он объединяет квантовые вычисления и классическую оптимизацию за счет использования таких платформ, как PyTorch, TensorFlow и JAX. Это позволяет разработчикам встраивать квантовые узлы в классические модели машинного обучения. 

PennyLane поддерживает различное квантовое оборудование и симуляторы через свою систему плагинов, что позволяет разработчикам запускать квантовые схемы на разных серверных компонентах без изменения их кода. Эта гибкость делает его ценным инструментом как для исследований, так и для практических приложений в области квантовых вычислений. [8]

Библиотека также предлагает специализированные функции для квантовой химии, такие как дифференцируемые решатели Хартри-Фока и инструменты для построения молекулярных гамильтонианов. Эти функции позволяют исследователям выполнять квантово-химическое моделирование с использованием методов оптимизации на основе градиента.

5. OpenQASM

Первоначальная версия :2017 г.
Разработан :Исследования IBM
Уникальная сила :Поддерживает аппаратную нейтральность, облегчает взаимодействие.
Наилучший вариант :Определение низкоуровневых схем и последовательностей вентилей

OpenQASM (открытый квантовый ассемблерный язык) — это аппаратно-независимое промежуточное представление квантовых схем, которое обеспечивает низкоуровневый синтаксис в стиле ассемблера для операций с квантовыми вентилями. 

Язык особенно ориентирован на выражение квантовых схем в машиночитаемом и человекочитаемом формате. Он позволяет точно описать инструкции уровня вентиля, включая распределение кубитов, применение квантовых вентилей, измерения, классические взаимодействия регистров и условную логику.

OpenQASM превратился в широко принятый стандарт для выражения квантовых программ в структурированной декларативной форме. Недавние исследования были направлены на обеспечение возможности проверки и формализации гибридных квантово-классических вычислений с помощью OpenQASM 3, что подчеркивает потенциал языка для тщательного анализа и проверки программ.

4. ПайКвил

Первоначальная версия :2017 г.
Разработан :Ригетти Компьютеры
Уникальная сила :Параметрическая компиляция, слой реалистичного моделирования.
Наилучший вариант :Выполнение программ на оборудовании и симуляторах Rigetti

PyQuil — это библиотека квантового программирования с открытым исходным кодом, созданная для создания и запуска квантовых программ с использованием протокола Quil (язык квантовых инструкций).  

Написанный на Python, PyQuil служит основным инструментом для взаимодействия с платформой Rigetti Forest и квантовыми процессорами Aspen, основанными на архитектуре сверхпроводящих кубитов. В отличие от абстракций на основе Python в других средах, Quil дает разработчикам больше прозрачности в отношении того, что на самом деле работает на квантовом оборудовании, что неоценимо для отладки и настройки производительности. [9]

Он особенно ориентирован на вычисления NISQ (шумные квантовые промежуточные масштабы), предоставляя разработчикам выразительный, но низкоуровневый интерфейс для создания и моделирования квантовых схем. 

PyQuil предлагает мощное сочетание абстракции и оптимизации, а также уровень реалистичного моделирования (QVM), который точно имитирует поведение оборудования. Разработчики могут компилировать схемы, соответствующие реальным аппаратным ограничениям устройств Ригетти, таким как возможность подключения кубитов, собственные наборы вентилей и профили шума. 

В сочетании с доступом к QPU Aspen от Rigetti это делает PyQuil практичным и высокоточным инструментом для исследований и тестирования.  

3. Вопрос#

Первоначальная версия :2017 г.
Разработан :Майкрософт
Уникальная сила :Встроенные инструменты моделирования, модульные квантовые библиотеки.
Наилучший вариант :Разработка алгоритмов корпоративного уровня

Q# (Q-sharp) — это предметно-ориентированный квантовый язык программирования, который использует строгую систему типов и обеспечивает строгое разделение квантовых и классических данных для минимизации ошибок программирования. 

В отличие от таких фреймворков, как Qiskit и Cirq, построенных на языках программирования общего назначения, таких как Python, Q# изначально разрабатывался специально для квантовых вычислений. 

Q# выделяется своей формальной структурой, строгой типобезопасностью и долгосрочной масштабируемостью. Он отличается строгой статической типизацией и проверкой ошибок во время компиляции, что значительно снижает риск возникновения ошибок. Одной из его сильных сторон являются встроенные инструменты оценки ресурсов, которые позволяют разработчикам не только моделировать квантовые схемы, но и оценивать их стоимость с точки зрения кубитов, количества вентилей и глубины схемы.

Он поставляется с богатой библиотекой готовых квантовых операций, таких как квантовое преобразование Фурье, усиление амплитуды и поиск Гровера. Кроме того, он глубоко интегрирован в более широкую платформу Microsoft Azure Quantum, а также в Visual Studio, Visual Studio Code и Jupyter Notebooks. [10]

2. Цирк

Первоначальная версия :2018 г.
Разработан :Команда Google AI Quantum
Уникальная сила :Аппаратно-ориентированный, высокоточный контроль.
Наилучший вариант :Пользовательские схемы для устройств эпохи NISQ, квантовое моделирование

Cirq — это среда квантового программирования с открытым исходным кодом, предназначенная в первую очередь для поддержки устройств NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Он даёт разработчикам детальный контроль над квантовыми схемами, особенно там, где важны топология оборудования и свойства шума.

Cirq использует архитектуру, основанную на моментах. Он организует операции в основанные на времени «моменты», что позволяет лучше моделировать время выполнения и упрощает внедрение реалистичных моделей шума и декогеренции. [11]

В отличие от фреймворков более высокого уровня, ориентированных на абстрактные квантовые алгоритмы, Cirq делает упор на управление на уровне планирования вентилей и цепей. Это позволяет исследователям экспериментировать с аппаратной оптимизацией и тестировать квантовые операции. 

Cirq часто используется в качестве базового уровня программирования для TensorFlow Quantum. Это также родной язык для взаимодействия со сверхпроводящими квантовыми процессорами Google, такими как Sycamore и Bristlecone. 

1. Кискит

Первоначальная версия :2017 г.
Разработан :Исследования IBM
Уникальная сила :Глубокая вертикальная интеграция с квантовым оборудованием IBM.
Наилучший вариант :Проектирование схем, прототипирование квантовых алгоритмов, гибридное моделирование.

Qiskit – это язык квантового программирования с открытым исходным кодом, который позволяет разработчикам и исследователям заниматься квантовыми вычислениями как с теоретической, так и с практической точки зрения, начиная от моделирования квантовых схем и заканчивая их развертыванием на сверхпроводящих квантовых процессорах IBM.

Созданный на Python, Qiskit поддерживает вентильную модель квантовых вычислений и тесно интегрирован с квантовым облачным оборудованием IBM. 

Платформа превратилась из базового SDK в комплексный стек, включающий библиотеки алгоритмов высокого уровня (такие как Qiskit Machine Learning, Nature, Optimization), средства сборки схем среднего уровня и даже управление уровнем импульсов с помощью Qiskit Pulse. Эта многоуровневая архитектура позволяет разработчикам создавать, экспериментировать и оптимизировать квантовые программы на каждом уровне абстракции. 

Одной из самых новаторских функций Qiskit является доступ в режиме реального времени к реальному квантовому оборудованию через IBM Quantum Experience, на котором размещены квантовые процессоры с 5, 16, 27 и более 127 кубитами. Это дало тысячам разработчиков практический опыт работы с реальным квантовым шумом и ограничениями устройств. 

За последние несколько лет Qiskit стала одной из наиболее доступных и широко распространенных платформ для квантовых вычислений. Его установили более 6 миллионов раз, причем каждый месяц устанавливается около 300 000 новых установок. Имея более 2000 форков и более 8000 публикаций на GitHub, Qiskit на сегодняшний день также позволил реализовать более 3 триллионов квантовых схем. [12]

Подробнее

• 21 самый интересный факт о квантовых компьютерах  
• 15 квантовых процессоров, воплощающих новую парадигму вычислений

Цитируемые источники и дополнительные ссылки  

1. Фелипе Феррейра, исследовательское исследование по использованию языков квантового программирования, ScienceDirect.
2. Кришна Упадхьяй, Анализ эволюции и обслуживания хранилищ квантовых вычислений, arXiv
3. Финн Войчик, Единый язык для квантовых и классических вычислений, arXiv
4. ProjectQ, программное обеспечение с открытым исходным кодом для квантовых вычислений, arXiv.
5. Документация, плагин PennyLane-Strawberry Fields, PennyLane
6. Документация, Как оптимизировать бизнес-задачи с помощью квантово-классических гибридных решателей, D-Wave
7. Нил Ламберт, Квантовый набор инструментов в Python, arXiv
8. Quantum Devices, экосистема квантовых устройств PennyLane с более чем 40 встроенными опциями, PennyLane.
9. Документация pyQuil позволяет создавать и выполнять программы Quil с использованием Python, pyQuil
10. Обзор Qsharp, введение в квантовый язык программирования Q#, Microsoft
11. Справочник. Временной интервал операций внутри схемы, Google.
12. Мухаммад АбуГанем, «Квантовые компьютеры IBM:эволюция, производительность и будущие направления», Springer


12 лучших альтернатив CrowdStrike:ведущие решения в области кибербезопасности на 2026 год Изучите 14 ведущих альтернатив и конкурентов Nvidia в 2026 году