未踏ターゲット事業：2021年度採択プロジェクト概要（平田・寺本・米内PJ）

1．担当プロジェクトマネージャー

• 藤井 啓祐（大阪大学 大学院基礎工学研究科 教授）

2．採択者氏名

• 平田 賢吾（京都大学 大学院理学研究科）
• 寺本 幸生（東京大学 大学院情報理工学系研究科）
• 米内 貴志（株式会社Flatt Security セキュリティプロダクト事業部 ）

3．採択金額

• 3,600,000円

4．プロジェクト名

• 古典・量子ハイブリッドな高機能プログラミング言語の設計及び処理系の開発

5．応募枠

• 通常枠

6．関連Webサイト

• なし

7．申請プロジェクト概要

量子コンピュータの進歩に伴い量子プログラミング言語の重要性は高まりつつある。しかし、既存の言語の抽象度や記述性は未だ十分とは言えず、量子計算への深い理解がなければ利用することは難しい。一部の言語はこれらの課題の部分的な解消を試みているが、その処理系の未熟さにより、実量子デバイス上で複雑で大規模なプログラムを実行するには至っていないのが現状である。

そこで本プロジェクトでは以下の設計・開発を行う。

1. 高級な古典・量子ハイブリッドな新しい言語 Qitten の設計
2. Qitten のコンパイラの開発
3. コンパイル時の最適化アルゴリズムの設計
4. Qitten のシミュレータの開発

1では古典プログラムと量子プログラムを混ぜて記述可能なハイブリッドな言語を設計する。ここでは、線形型システムや自動量子非計算（uncomputation）、最近の古典プログラミング言語が持つ諸機能等を導入することで、言語の実用性・可読性・安全性の向上を試みる。2では現存する量子デバイスを対象とした実行ファイルを生成するコンパイラを開発する。当該コンパイラ内では、3で設計する独自の量子回路最適化及び自動量子非計算最適化を行うことで、実行時のコスト低減を目指す。4では言語仕様を生かした高速な古典シミュレータを開発する。

1～4を備える我々の言語 Qitten は、実用的かつ先駆的な言語として量子計算になじみのない多くのプログラマを量子プログラミングにいざない、量子ソフトウェアの進歩に貢献することを目標とする。

8．採択理由

既存の量子プログラミング言語をよく分析し、どこを目指すべきかということがよく練られた提案でした。高級量子プログラミング言語は、非常に未踏性が高いテーマである反面、個人チームで取り組むには壮大なテーマであるが、実装についても既存の枠組みを適宜取り込み無理のない開発計画にまとめられていました。
是非、世界的に注目される量子プログラミング言語を目指していただきたい。