用 Rust 重构的 Silq 量子编程语言编译器
Silq 是 ETH Zurich 开发的高阶量子编程语言，具有强静态类型系统和自动去计算(uncomputation)功能。本项目是用 Rust 对原始 D 语言实现的完整重写。
| 模块 | 状态 | 描述 |
|---|---|---|
| 词法分析器 (Lexer) | ✅ 完整 | UTF-8, Unicode 数学符号, 注解, 嵌套注释 |
| 语法分析器 (Parser) | ✅ 完整 | Pratt 表达式解析, := 中缀赋值, 声明, 控制流 |
| AST 定义 | ✅ 完整 | 30+ 表达式节点, 完整类型系统 |
| 语义分析 | ✅ 基本 | 名称解析, 声明注册 |
| 线性检查器 | ✅ 基本 | const/moved 跟踪 |
| 量子模拟器 (QSim) | ✅ 核心 | 状态向量, qubit 分配, H/X/Y/Z/CNOT/随机测量 |
| HQIR 后端 | 🔧 骨架 | 框架就绪 |
| 标准库 | ✅ | prelude.slq 包含 |
代码规模: 5,754 行 Rust 代码 | 测试: 10/10 通过
cd silq-rs
cargo build --release# 运行量子程序
cargo run -- --run test/bell.slq
# 仅类型检查
cargo run -- --check examples.slq
# 跟踪执行过程
cargo run -- --run --trace test/bell.slq
# dump 量子态
cargo run -- --run --dump test/bell.slqSilq 用 ! 前缀标记经典类型，无前缀为量子类型：
x: 𝔹 // 量子比特 (qubit)
x: !𝔹 // 经典布尔值 (classical bool)
数值类型层级: 𝔹 <: ℕ <: ℤ <: ℚ <: ℝ <: ℂ
H(x) // Hadamard 门
X(x) // Pauli-X (NOT) 门
Y(x) // Pauli-Y 门
Z(x) // Pauli-Z 门
phase(φ) // 全局相位旋转
CNOT(x, y) // 受控非门
measure(x) // 测量量子比特
def main() {
x := H(0); // 创建叠加态
y := 0;
if x {
y := X(y); // CNOT 的 if-实现
}
forget(x=y); // 去计算 x
assert(!measure(H(y))); // 验证 Bell 态
}
def solve(const O_f: B x B !-> B x B) {
x := H(0);
y := H(1);
(x, y) := O_f(x, y);
x := H(x);
measure(y);
return measure(x);
}
def main() {
// 四种 oracle 类型
def O_id(x: B, y: B) { y xor= x; return (x, y); }
def O_not(x: B, y: B) { y xor= !x; return (x, y); }
def O_zero(x: B, y: B) { y xor= 0; return (x, y); }
def O_one(x: B, y: B) { y xor= 1; return (x, y); }
assert(solve(O_id)); // id 是平衡的 → 1
assert(solve(O_not)); // not 是平衡的 → 1
assert(!solve(O_zero)); // zero 是常数的 → 0
assert(!solve(O_one)); // one 是常数的 → 0
}
Silq 自动生成量子电路的反向（伴随）变换，实现安全的量子资源释放：
def reverse[τ, χ, φ](f: const τ×χ →mfree φ)(c: τ, x: φ): χ {
f(c, y) := x;
return y;
}
const— 可安全复制（仅限经典值）moved— 线性使用，恰好一次- 编译器自动检测违反量子不可克隆定理的操作
类型可以依赖值：
dat int[n: !ℕ] quantum {} // 固定宽度整数
def vector[τ](n: !ℕ, x: τ): τ^n // 固定长度向量
源码 (.slq)
↓
[Lexer] → Token 流 (Unicode math, UTF-8)
↓
[Parser] → AST (Pratt 表达式解析)
↓
[Semantic] → 类型标注 AST (名称解析, 类型推断)
↓
[Checker] → 线性资源校验 (const/moved)
↓
[Backend]
├─ QSim → 量子模拟执行
└─ HQIR → 量子中间表示输出
Usage: silq [OPTION]... [FILE]...
Options:
--run 运行模拟器
--compile 编译到 HQIR 格式
--check 仅静态检查
--trace 跟踪执行
--verbose, -v 详细输出
--dump, --dump-state 执行后输出量子态
--help, -h 显示帮助
silq-rs/
├── Cargo.toml
├── README.md
├── ARCHITECTURE.md
├── library/
│ ├── prelude.slq # 标准库 (487 行)
│ └── __internal/operators.slq # 运算符实现
├── src/
│ ├── main.rs # CLI 入口 (196 行)
│ ├── lib.rs # 库根
│ ├── token.rs # Token/关键字/优先级 (348 行)
│ ├── lexer.rs # 词法分析器 (759 行)
│ ├── parser.rs # Pratt 解析器 (1045 行)
│ ├── ast.rs # AST 定义 (916 行)
│ ├── scope.rs # 符号表 (102 行)
│ ├── semantic.rs # 语义分析 (269 行)
│ ├── checker.rs # 线性检查 (153 行)
│ ├── consteval.rs # 常量求值 (131 行)
│ ├── conversion.rs # 类型转换 (45 行)
│ ├── reverse.rs # 量子逆变换 (103 行)
│ ├── modules.rs # 模块系统 (133 行)
│ ├── errors.rs # 错误处理 (272 行)
│ ├── qsim.rs # 量子模拟器 (1097 行)
│ ├── hqir.rs # HQIR 后端 (84 行)
│ └── options.rs # 配置 (56 行)
└── test/
└── bell.slq # Bell 态示例
- Rust 1.75+
- 依赖项:
num-complex,num-bigint,itertools,colored,fastrand
Boost Software License 1.0 (与原始项目保持一致)