13 обязательных квантовых языков программирования и инструментов для 2026 года

Квантовые языки программирования быстро становятся критическими инструментами в разворачивающейся эре квантовых вычислений. Этот новый род языков программирования позволяет разработчикам и исследователям взаимодействовать с кубитами и проектировать алгоритмы, которые могут вскоре превзойти свои классические аналоги на порядки величины.

По состоянию на 2025 год представлено более 37 различных квантовых языков программирования, каждый адаптирован под конкретные модели, оборудование и варианты использования квантовых вычислений. Коллективно эти языки отражают разнообразные подходы в квантовых вычислениях — от гейт-базированных систем и вариационных цепей до адиабатических моделей и гибридных классически-квантовых алгоритмов.

Ниже я выделил ведущие квантовые языки программирования, позволяющие разработчикам эффективно использовать особенности квантовой механики для решения сложных проблем.

Знаете ли вы?

GitHub хостит более 21 000 репозиториев квантового ПО, отражая 200% рост с 2017 года. Эти репозитории привлекли вклады от более чем 10 000 уникальных разработчиков, с коммитами кода, превышающими 1,2 млн строк в совокупности.

13. Qunity

Первый релиз: 2022
Создан: Независимыми исследователями и open-source контрибьюторами
Уникальная сила: Квантово-ориентированный подход и чистая модель абстракции
Лучше для: Исследователей, ищущих легкий инструментарий без привязки к вендору

Qunity — менее известный, но прогрессивный квантовый язык программирования и фреймворк, сочетающий ясность классических моделей программирования с уникальными парадигмами квантовой механики.

Он построен с нуля как квантово-родной язык, принудительно применяющий квантово-механические ограничения (такие как запрет клонирования и унитарная эволюция) как на уровне системы типов, так и на уровне логики.

Пока он вдохновлен классическими языками программирования вроде C и Python, он адаптирует синтаксис и семантику для естественной совместимости с принципами квантовых вычислений — линейностью, обратимостью, суперпозицией и запутанностью.

Дизайн Qunity модулен и предназначен для агностичности к бэкенду, с поддержкой симуляторов и слоев совместимости, разрабатываемых для таргетинга реальных квантовых процессоров в будущем.

12. TKET

Первый релиз: 2019
Создан: Quantinuum
Уникальная сила: Интеллектуально обрабатывает аппаратные ограничения
Лучше для: Агностичной к оборудованию оптимизации цепей; продакшн-уровневых инструментов

TKET выступает в основном как промежуточный оптимизирующий компилятор и фреймворк выполнения, взаимодействующий между высокоуровневыми квантовыми программами и различными квантовыми аппаратными целями.

TKET фокусируется на оптимизации квантовых цепей, синтезе гейтов и маршрутизации кубитов. Он трансформирует абстрактные квантовые алгоритмы в аппаратно-совместимые инструкции с минимальной глубиной и уровнями ошибок.

Его способность интеллектуально обрабатывать аппаратные ограничения (такие как ограничения связности кубитов, точность гейтов и нативные наборы инструкций) позволяет генерировать более эффективные цепи с меньшим числом гейтов и более короткими временем выполнения.

В независимых бенчмарках TKET показал до 40% меньшее число гейтов и на 25–30% более быстрое время выполнения по сравнению с нативными компиляторами в некоторых случаях использования.

11. ProjectQ

Первый релиз: 2016
Создан: ETH Zurich
Уникальная сила: Компилятор-ориентированный, модульный дизайн
Лучше для: Исследований квантового компилятора и образовательных целей

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

Написанная на Python, это был один из ранних квантовых SDK, акцентирующих внимание на архитектуре на базе компилятора, где квантовые программы переводятся в промежуточные представления перед выполнением на симуляторах или реальном квантовом оборудовании.

ProjectQ подчеркивает модульность, позволяя разработчикам определять квантовые программы в Python-подобном стиле, компилировать их с использованием настраиваемых пайплайнов и выполнять на встроенных симуляторах или бэкендах вроде IBM Quantum Experience. Плюс компилятор-центричный дизайн позволяет детально контролировать оптимизацию, декомпозицию гейтов и таргет-специфическую трансляцию.

Она также поддерживает эмуляцию квантовых цепей, симуляцию волновой функции, эмуляцию унитарной матрицы и может служить экспериментальной площадкой для исследований компилятора, квантовой коррекции ошибок и оптимизационных исследований.

10. Quantum Computation Language (QCL)

Первый релиз: 2000
Создан: Бернхардом Омером
Уникальная сила: Четкий, низкоуровневый доступ к квантовому состоянию
Лучше для: Изучения классически-квантовой гибридной структуры

QCL — один из ранних высокоуровневых языков программирования, созданных специально для квантовых вычислений.

В то время когда квантовое программирование в основном делалось на математическом или уровне цепей, QCL представила структурированный синтаксис, переменные, условиалы, циклы и модульные функции — по сути заложив фундамент для последующих высокоуровневых квантовых языков.

Она разделяет классические и квантовые вычисления, где классические регистры управляют потоком управления, а квантовые регистры (quregs) хранят и манипулируют квантовыми состоянияя. Язык представил многие теперь-общие программные конструкции для квантовых вычислений — унитарные операторы, инструкции измерения, обратимые вычисления и вспомогательные кубиты для временного использования.

Хотя QCL не привязана к какому-либо коммерческому квантовому оборудованию, она остается ценным инструментом в академических и исследовательских настройках, особенно для обучения и симуляции квантовых алгоритмов.

9. Strawberry Fields

Первый релиз: 2018
Создан: Xanadu
Уникальная сила: Эксклюзивный фокус на CV квантовых вычислениях
Лучше для: Симуляции и программирования фотонных квантовых систем

Strawberry Fields — полноценная open-source квантовая программная библиотека, адаптированная для непрерывных переменных (CV) квантовых вычислений. Она специально спроектирована для фотонных квантовых цепей, использующих квантовые состояния света (вроде сжатых состояний, когерентных состояний и гауссовых состояний) для выполнения вычислений.

В своем ядре Strawberry Fields использует язык квантовой сборки Blackbird. Это позволяет разработчикам проектировать, симулировать и оптимизировать фотонные квантовые цепи, используя как гейт-базированные модели, так и рабочие процессы машинного обучения.

Её можно использовать в сочетании с PennyLane (другой проект Xanadu) для облегчения гибридных квантово-классических вычислений и приложений машинного обучения. Платформа хорошо подходит для кейсов в квантовом машинном обучении, квантовой химии, CV квантовой криптографии и квантовой оптики.

8. Ocean

Первый релиз: 2018
Создан: D-Wave Systems
Уникальная сила: Проектирован для квантового отжига; поддерживает гибридные солверы
Лучше для: Решения комбинаторных задач оптимизации

Ocean — open-source квантовый программный фреймворк, специально разработанный для помощи пользователям в разработке и оптимизации проблем для квантовых отжигателей — парадигмы, очень отличающейся от гейт-базированных квантовых компьютеров.

Это не язык программирования в традиционном понимании, а инструментальная цепочка, построенная на Python, переводящая пользовательские проблемы (в основном оптимизационные) в форму, решаемую квантовым оборудованием отжига D-Wave.

Модульная архитектура Ocean делает её высокорасширяемой для разработчиков и исследователей, работающих над кастомными солверами или эвристиками оптимизации. Она лучше всего подходит для решения комбинаторных задач оптимизации — маршрутизации транспорта, оптимизации портфеля, планирования и задач машинного обучения.

Плюс Ocean бесшовно интегрируется с облачным сервисом Leap от D-Wave, предоставляя разработчикам немедленный доступ к квантовому оборудованию и ресурсам. В 2025 году D-Wave анонсировала общедоступность своей системы Advantage2 квантовых вычислений с более чем 4400 кубитами. Ocean была обновлена для полной поддержки этого следующего поколения системы.

7. QuTiP

Первый релиз: 2012
Создан: Йоханнесом Йоханссоном, Полом Нейшен и коллабораторами
Уникальная сила: Физико-ориентированная симуляционная мощь
Лучше для: Теоретических исследований и моделирования

QuTiP — комплексный open-source фреймворк, фокусирующийся на симуляции физики квантовых систем, особенно во временной эволюции, мастер-уравнениях и неунитарной динамике.

Написанная на Python и оптимизированная с использованием NumPy, SciPy и Cython, QuTiP эффективна для численных вычислений. Она позволяет исследователям моделировать и решать временно-зависимые уравнения Шредингера, мастер-уравнения Линдблада и уравнения Гейзенберга движения, центральные для квантовой механики.

QuTiP также предоставляет набор солверов, включая mesolve для мастер-уравнений Линдблада, sesolve для уравнений Шредингера и mcsolve для Монте-Карло симуляций. Эти солверы позволяют изучать как замкнутые, так и открытые квантовые системы под различными условиями.

Эти возможности делают её широко используемой в областях квантовой оптики, квантовой термодинамики, кавитационного QED и исследований сверхпроводящих кубитов.

6. PennyLane

Первый релиз: 2018
Создан: Xanadu
Уникальная сила: Интеграция с классическими экосистемами машинного обучения
Лучше для: Квантового машинного обучения; гибридных классически-квантовых моделей

PennyLane — open-source Python-библиотека квантовых вычислений, интегрирующая квантовые вычисления с рабочими процессами машинного обучения, предлагая инструменты для автоматического дифференцирования квантовых цепей.

Она связывает квантовые вычисления и классическую оптимизацию, используя фреймворки вроде 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, позволяя разработчикам запускать квантовые цепи на разных бэкендах без модификации кода. Эта гибкость делает её ценным инструментом как для исследований, так и для практических приложений в квантовых вычислениях.

Библиотека также предлагает специализированные функциональности для квантовой химии, такие как дифференцируемые солверы Хартри-Фока и инструменты для построения молекулярных гамильтонианов. Эти функции позволяют исследователям выполнять квантово-химические симуляции с градиентно-базированными техниками оптимизации.

5. OpenQASM

Первый релиз: 2017
Создан: IBM Research
Уникальная сила: Поддерживает аппаратную нейтральность, облегчает интероперабельность
Лучше для: Определения низкоуровневых цепей и последовательностей гейтов

OpenQASM (Open Quantum Assembly Language) — аппаратно-агностичное промежуточное представление для квантовых цепей, предоставляющее низкоуровневый, ассемблер-подобный синтаксис для квантовых гейт-операций.

Язык особенно фокусируется на выражении квантовых цепей в машино-читаемом и человеко-читаемом формате. Он позволяет точное описание гейт-уровневых инструкций, включая распределение кубитов, применение квантовых гейтов, измерения, взаимодействия с классическими регистрами и условную логику.

OpenQASM эволюционировала в широко принятый стандарт для выражения квантовых программ в структурированной, декларативной форме. Недавние исследования фокусировались на включении верификации и формализации гибридных квантово-классических вычислений с OpenQASM 3, подчеркивая потенциал языка для строгого анализа и валидации программ.

4. PyQuil

Первый релиз: 2017
Создан: Rigetti Computing
Уникальная сила: Параметрическая компиляция, реалистичный слой симуляции
Лучше для: Выполнения программ на оборудовании и симуляторах Rigetti

PyQuil — open-source квантовая программная библиотека для создания и запуска квантовых программ с использованием протокола Quil (Quantum Instruction Language).

Написанная на Python, PyQuil служит основным инструментом для взаимодействия с платформой Forest от Rigetti и квантовыми процессорами Aspen, основанными на сверхпроводящих кубитах. В отличие от Python-абстракций в других фреймворках, Quil дает разработчикам большую прозрачность в том, что фактически выполняется на квантовом оборудовании, что бесценно для отладки и настройки производительности.

Она особенно ориентирована на NISQ (шумные промежуточные квантовые) вычисления, предоставляя разработчикам выразительный, но низкоуровневый интерфейс для построения и симуляции квантовых цепей.

PyQuil предлагает сильное сочетание абстракции и оптимизации, вместе с реалистичным слоем симуляции (QVM), точно имитирующим поведение оборудования. Разработчики могут компилировать цепи под реальные аппаратные ограничения устройств Rigetti — связность кубитов, нативные наборы гейтов и профили шума.

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

3. Q#

Первый релиз: 2017
Создан: Microsoft
Уникальная сила: Встроенные инструменты симуляции, модульные квантовые библиотеки
Лучше для: Разработки алгоритмов корпоративного уровня

Q# (Q-sharp) — доменно-специфический квантовый язык программирования, использующий сильную систему типов и принудительно разделяющий квантовые и классические данные для минимизации программных ошибок.

В отличие от фреймворков вроде Qiskit и Cirq, построенных на языках общего назначения вроде Python, Q# спроектирован с нуля специально для квантовых вычислений.

Q# выделяется своей формальной структурой, строгой типобезопасностью и долгосрочной масштабируемостью. Она обладает сильной статической типизацией и проверкой ошибок на этапе компиляции, что значительно снижает риск багов. Одной из ключевых сильных сторон являются встроенные инструменты оценки ресурсов, позволяющие разработчикам не только симулировать квантовые цепи, но и оценивать их стоимость в терминах кубитов, счетчиков гейтов и глубины цепи.

Она поставляется с богатой библиотекой предварительно построенных квантовых операций, таких как квантовое преобразование Фурье, амплитудное усиление и поиск Гровера. Плюс она глубоко интегрирована в более широкую платформу Azure Quantum Microsoft, а также в Visual Studio, Visual Studio Code и Jupyter Notebooks.

2. Cirq

Первый релиз: 2018
Создан: Google AI Quantum Team
Уникальная сила: Ориентированность на оборудование, контроль уровня точности
Лучше для: Кастомных цепей для NISQ-устройств, квантовых симуляций

Cirq — open-source квантовый программный фреймворк, разработанный в первую очередь для поддержки NISQ (шумных промежуточных квантовых) устройств. Предлагает разработчикам детализированный контроль над квантовыми цепями, особенно там, где важны топология оборудования и свойства шума.

Cirq использует момент-базированную архитектуру. Она организует операции в основанные на времени «Моменты», позволяя лучшую симуляцию времени выполнения и облегчая включение реалистичных моделей шума и декогеренции.

В отличие от высокоуровневых фреймворков, фокусирующихся на абстрактных квантовых алгоритмах, Cirq акцентирует контроль на уровне гейта и планирования цепи. Это позволяет исследователям экспериментировать с аппаратно-осведомленными оптимизациями и бенчмарками квантовых операций.

Cirq часто используется как базовый программный слой для TensorFlow Quantum. Это также родной язык для взаимодействия с сверхпроводящими квантовыми процессорами Google — Sycamore и Bristlecone.

1. Qiskit

Первый релиз: 2017
Создан: IBM Research
Уникальная сила: Глубокая вертикальная интеграция с квантовым оборудованием IBM
Лучше для: Проектирования цепей, прототипирования квантовых алгоритмов, гибридных симуляций

Qiskit — open-source квантовый язык программирования, уполномачивающий разработчиков и исследователей взаимодействовать с квантовыми вычислениями как с теоретической, так и практической перспективы — от симуляции квантовых цепей до их развертывания на сверхпроводящих квантовых процессорах IBM.

Построенная на Python, Qiskit поддерживает гейт-базированную модель квантовых вычислений и тесно интегрирована с квантовым облачным оборудованием IBM.

Платформа эволюционировала за пределы базового SDK в комплексный стек, включающий высокоуровневые алгоритмические библиотеки (такие как Qiskit Machine Learning, Nature, Optimization), среднеуровневые построители цепей и даже импульсный контроль через Qiskit Pulse. Эта слоистая архитектура позволяет разработчикам создавать, экспериментировать и оптимизировать квантовые программы на каждом уровне абстракции.

Одной из самых прорывных особенностей Qiskit является доступ в реальном времени к реальному квантовому оборудованию через IBM Quantum Experience, которое хостит квантовые процессоры с 5, 16, 27 и 127+ кубитами. Это дало тысячам разработчиков практический опыт с реальным квантовым шумом и ограничениями устройств.

За последние несколько годы Qiskit стала одной из самых доступных и широко принятых платформ в квантовых вычислениях. Она была установлена более 6 млн раз, с примерно 300 000 новых установок каждый месяц. С более чем 2000 форками и более 8000 вкладами на GitHub, Qiskit также обеспечила выполнение более 3 трлн квантовых цепей на сегодняшний день.

Читайте также

• 21 самый интересный факт о квантовых компьютерах
• 15 квантовых процессоров с новой вычислительной парадигмой

Источники и дополнительные ссылки

1. Felipe Ferreira, An exploratory study on the usage of quantum programming languages, ScienceDirect
2. Krishna Upadhyay, Analyzing the evolution and maintenance of quantum computing repositories, arXiv
3. Finn Voichick, A unified language for quantum and classical computing, arXiv
4. ProjectQ, An open-source software effort for quantum computing, arXiv
5. Documentation, PennyLane-Strawberry fields plugin, PennyLane
6. Documentation, How to optimize business problems using quantum-classical hybrid solvers, D-Wave
7. Neill Lambert, The quantum toolbox in Python, arXiv
8. Quantum Devices, PennyLane's quantum device ecosystem with 40+ integrated options, PennyLane
9. Documentation, pyQuil allows you to build and execute Quil programs using Python, pyQuil
10. Qsharp Overview, Introduction to the quantum programming language Q#, Microsoft
11. Reference, A time-slice of operations within a circuit, Google
12. Muhammad AbuGhanem, IBM quantum computers: evolution, performance, and future directions, Springer