Квантовые вычисления и Java. Сможет ли JVM адаптироваться?

// Пример на Strange
QuantumExecutionEnvironment quantum = new SimpleQuantumExecutionEnvironment();
Program program = new Program(2);
Step step1 = new Step();
step1.addGate(new Hadamard(0));
program.addStep(step1);
Result result = quantum.runProgram(program);

// Гипотетический синтаксис квантовой Java
quantum class QuantumAlgorithm {
    qubit q1, q2;
    
    void run() {
        q1.h();
        q1.cnot(q2);
        measure(q1, q2);
    }
}

// Реальный код на Strange
Program p = new Program(2);
Step s = new Step();
s.addGate(new Hadamard(0));
s.addGate(new Cnot(0, 1));
p.addStep(s);
p.addStep(new Step(new Measurement(0)));
p.addStep(new Step(new Measurement(1)));

if (condition) {
    doSomething();
} else {
    doSomethingElse();
}

// Псевдокод квантового условного оператора
qubit q = new Qubit();
q.hadamard(); // Создаём суперпозицию (50% |0⟩, 50% |1⟩)
q.phaseShift(angle); // Меняем фазы для будущей интерференции
// Теперь q содержит суперпозицию путей выполнения

// Гипотетическое расширение Java с квантовыми типами
@Quantum class BellPair {
    qubit q1, q2;
    
    void initialize() {
        q1.setState(ZERO);
        q2.setState(ZERO);
        q1.hadamard();
        q1.cnot(q2); // Создаём запутанное состояние
    }
    
    Results measure() {
        // Измерение одного кубита влияет на другой
        int r1 = q1.measure();
        int r2 = q2.measure(); // Всегда равен r1 из-за запутанности
        return new Results(r1, r2);
    }
}

// Псевдокод гибридного алгоритма
QuantumProcessor qp = QuantumProcessorFactory.getProcessor();
ClassicalPreprocessing preprocessing = new ClassicalPreprocessing(classicalData);
QuantumCircuit circuit = preprocessing.generateCircuit();
QuantumResult qResult = qp.execute(circuit); // Квантовая часть
final ClassicalResult result = ClassicalPostprocessing.analyze(qResult); // Возвращение в классический мир

// Гипотетическая обработка квантовых ошибок
QuantumCircuit circuit = new QuantumCircuit(qubits);
// Добавляем квантовые операции...
circuit.withErrorCorrection(ErrorCorrectionStrategy.SURFACE_CODE);
circuit.withErrorThreshold(0.05); // 5% допустимых ошибок
QuantumResult result = processor.execute(circuit);
double confidence = result.getConfidenceLevel();
if (confidence < 0.90) {
    // Повторяем вычисление или обрабатываем ненадёжный результат
}

// Гипотетический класс вероятностного результата
ProbabilisticInteger result = quantumProcessor.factorize(bigNumber);
if (result.probablityOf(candidate) > 0.95) {
    System.out.println("Почти наверняка правильный ответ: " + candidate);
} else {
    System.out.println("Несколько возможных факторов с вероятностями:");
    for (Map.Entry<Integer, Double> entry : result.getProbabilityDistribution().entrySet()) {
        System.out.printf("%d: %.2f%%\n", entry.getKey(), entry.getValue() * 100);
    }
}

@QuantumComponent
public class ShorFactorizer {
    private @QuantumResource QuantumProcessor processor;
    
    @QuantumOperation
    public int[] factorize(int number) {
        // Внутри реализация алгоритма Шора
        return factors;
    }
    
    @QuantumCallback
    public void onMeasurementComplete(MeasurementEvent event) {
        // Обработка завершённых квантовых измерений
    }
}

// Сериализация квантовой схемы
QuantumCircuit circuit = new QuantumCircuit(5); // 5 кубитов
circuit.addGate(new HadamardGate(0));
circuit.addGate(new CnotGate(0, 1));
// Сохраняем описание схемы, а не квантовое состояние!
String jsonCircuit = circuitSerializer.toJson(circuit);
 
// Где-то в другом месте
QuantumCircuit restoredCircuit = circuitSerializer.fromJson(jsonCircuit);
// Запускаем заново, получая новое квантовое состояние
QuantumResult result = processor.execute(restoredCircuit);

// Гипотетический будущий синтаксис
@QuantumMethod
public void createBellPair(QRegister reg) {
    reg.get(0).hadamard();
    reg.get(0).cnot(reg.get(1));
    // Теперь кубиты 0 и 1 в регистре запутаны
}

// Пример из GraalVM Quantum Extensions
@EntryPoint
public static void main(String[] args) {
    try (Context context = Context.create("quantum")) {
        Value qprogram = context.eval("quantum", "
            qubit q1, q2;
            q1.h();
            q1.cnot(q2);
            return measure(q1, q2);
        ");
        System.out.println("Результат: " + qprogram.asString());
    }
}

// Псевдокод новых инструкций байткода
qload        // Загрузка квантового состояния
qapply       // Применение квантового гейта
qmeasure     // Измерение кубита
qfree        // Освобождение квантовых ресурсов

public class QuantumFactorizer {
    // Аналог "native" методов, но для квантовых вычислений
    private quantum int[] factorComposite(int number);
    
    static {
        // Загрузка квантовой "библиотеки"
        System.loadQuantumLibrary("shor_algorithm");
    }
    
    public int[] factor(int number) {
        return factorComposite(number);
    }
}

@Compute(type = ComputeType.QUANTUM, minQubits = 5)
public int[] factorize(BigInteger number) {
    // Код авоматически транслируется в квантовую схему
    // и выполняется на наиболее подходящем квантовом устройстве
}

// Специализированный API для квантовой симуляции
try (QuantumSimulator simulator = new QuantumSimulator(SimulationType.TENSOR_NETWORK)) {
    QuantumCircuit circuit = new QuantumCircuit(10); // 10 кубитов
    circuit.hadamard(0);
    circuit.cnot(0, 1);
    Result result = simulator.execute(circuit);
}

┌───────────────────────────────────────────────────────┐
│ JVM (контроль, бизнес-логика, предобработка данных)  │
├───────────┬────────────────────┬────────────────────┤
│ Классич.  │ Квантовые адаптеры │ Постобработка      │
│ алгоритмы │ и абстракции       │ результатов        │
└───────────┴────────────────────┴────────────────────┘
            │
            ▼
┌───────────────────────────────────────────────────────┐
│ Квантовые вычислительные ресурсы                     │
│ (локальные симуляторы или удалённые процессоры)      │
└───────────────────────────────────────────────────────┘