В этом разделе мы опишем простую модель квантового компьютера, основанного на классическом компьютере, обучающем машину управлять набором спинов. У этой модели есть некоторые внутренние ограничения, которые делают разработку алгоритмов на языке высокого уровня довольно сложной. Мы обсудим некоторые из правил для написания такого кода квантового компьютера как языка высокого уровня и приведем пример.

Рассмотрим следующую модель действия квантового компьютера. Несколько тысяч частиц спина $\frac{1}{2}$ (или двухуровневых систем) первоначально находятся в некотором определенном состоянии, например, со всеми спинами вниз. Классическая машина берет отдельные спины или пары спинов и скрещивает их (производя элементарную однобитную операцию $U_{\theta }$ или двубитный XOR-гейт); см. рис. $9a,b$ и $c$. Эти этапы повторяются на разных парах спинов согласно предписаниям обычной компьютерной программы. Т. к. спины скрещиваются, то мы не должны выделять состояния спинов на промежуточных этапах.
d)

Рис. 9. Модельный квантовый компьютер в представлении Шора [21]. Первоначально все частицы имеют спины вниз. Этап a) классическая машина берет отдельные спины или пары спинов и на этапе $b$ ) производит подобранную однобитную или двубитную операцию; на этапе $c$ ) «скрещенные» частицы возвращаются на свои первоначальные места. Эти три этапа повторяются много раз в соответствии с командами, заданными обычным классическим компьютером. Когда этот цикл завершен, этап $d$ ) состоит в измерении состояния частиц (помещая их в некоторую частную двоичную строку); эта двоичная строка является результатом вычисления.

Мы должны сохранить квантовую суперпозицию неповрежденной. Более того, все, что может нарушить ориентацию спинов или прервать  унитарную эволюцию состояний, не должно интерферировать со спинами. Когда этот определенный цикл манипуляций завершен, ориентации спинов измеряются (рис. $9d$ ).

Полученный набор измеренных ориентаций является итогом вычисления.

Если задана такая парадигма квантового компьютера, то как может выглядеть его язык высокого уровня (его компьютерный код)? Наиболее серьезная трудность, с которой приходится сталкиваться, состоит в том, что квантовая информация управляется обычным компьютером абсолютно слепым образом — без какого-либо доступа к значениям этой квантовой информации. Это означает, что программа не может использовать сокращения, обусловленные значением квантовой переменной (или регистром, или битом). Например, циклы должны итерироваться точно то же самое число раз независимо от значений квантовых переменных. Аналогично, операции условного перехода через большие куски программы должны быть разбиты на повторяющиеся условия для каждого шага. К тому же каждая команда, выполняемая с квантовыми битами, должна быть логически обратимой. Так, обычное присвоение значения переменной, такое как $|a⟩=n$, незаконно, а, вместо этого, оно должно выполняться как приращение первоначально равной нулю переменной $|a⟩=|a⟩+n$.

Пример такой программы, которая могла бы выполняться на этой машине, мог бы выглядеть следующим образом [22]:
do $10k=1$, worstdiv
$|a⟩=|a⟩-n$
if $(|a⟩=0)|q⟩=|q⟩+1$
10 continue
do $20k=1$, worstdiv
if
20 continue
Этот фрагмент программы может быть использован для вычисления частного и остатка, помещенных в $|q⟩$ и $|a⟩$ соответственно, для деления $|a⟩$ на $n$; постоянная worstdiv — число раз, которое в худшем случае должен пробегаться цикл. Здесь $|q⟩$ первоначально равен нулю. Каждая команда здесь — либо обычная компьютерная команда, либо программа, включающая квантовые переменные. Первые являются прямыми командами для внешнего компьютера, в то время как последние следует интерпретировать как последовательность манипуляций, которые должны совершаться с квантовыми битами. Так, как она написана, эта программа является необратимой (и также не очень эффективной), например, идентификатор 10 не дает описания того, какой путь должен бы быть использован, чтобы добраться до него. Она, однако, легко может быть переписана [22].