Badacze Quantum Internet Alliance (QIA) w TU Delft, Qutech, University of Innsbruck, Inria i CNRS niedawno ogłosili utworzenie pierwszego systemu operacyjnego zaprojektowanego dla sieci kwantowych: Qnodeos. Badanie, opublikowane w Nature, stanowi znaczący krok naprzód w przekształceniu sieci kwantowej z koncepcji teoretycznej w praktyczną technologię, która mogłaby zrewolucjonizować przyszłość Internetu.
„Celem naszych badań jest wprowadzenie technologii sieci kwantowej do wszystkich. W przypadku QNodeos robimy duży krok naprzód. Po raz pierwszy – po raz pierwszy – łatwe zaprogramowanie i wykonywanie aplikacji w sieci kwantowej” – mówi prof. Dr Stephanie Wehner, profesor informatyki Quantum w TU Delft Quantum Technology Institute Qutech, który prowadził badanie. „Nasza praca tworzy również ramy otwierające zupełnie nowe obszary badań informatycznych kwantowych”.
Obniżenie barier dla programistów
Zdolność do łatwego programowania klasycznego sprzętu do obliczeń, takich jak laptopy lub telefony, miała transformacyjny wpływ na nasz świat i umożliwiła tworzenie szerokiej gamy aplikacji. „System jest jak oprogramowanie na komputerze w domu: nie musisz wiedzieć, jak działa sprzęt, aby go używać”, mówi dr Mariagrazia Iuliano w Qutech.
Zasadniczo usuwając barierę między sprzętem sieciowym a oprogramowaniem, system operacyjny umożliwi programistom tworzenie aplikacji z łatwością i w dużym spektrum rozwiązań sprzętowych, torując sposób rozwoju oprogramowania, które może wprowadzić technologię sieci kwantowej do społeczeństwa.
W pełni programowalny system operacyjny
System operacyjny sieci kwantowej, znany jako QNodeos, jest w pełni programowalny, co oznacza, że aplikacje można uruchamiać na wysokim poziomie, podobnie jak w klasycznych systemach operacyjnych, takich jak Windows lub Android. W przeciwieństwie do poprzednich systemów, które wymagały kodowania specyficznego dla każdej konfiguracji eksperymentalnej, QNodeos umożliwia z łatwością obsługę procesorów kwantowych w sieci, niezależnie od zastosowanej platformy sprzętowej. „Taka architektura, która nigdy wcześniej nie została utworzona dla sieci kwantowych, umożliwia programistom skupienie się na logice aplikacji, a nie na szczegółach sprzętu”, wyjaśnia, doktorant Bart van der Vecht w Qutech. „To ułatwia wymyślanie nowych rodzajów aplikacji, z których niektóre możemy nawet nie wyobrażać sobie”.
Kompatybilny z wieloma rodzajami sprzętu
Aplikacje sieciowe różnią się od aplikacji działających na komputerze kwantowym, wprowadzając unikalne wyzwania, które naukowcy musieli pokonać. W przeciwieństwie do komputerów kwantowych, które uruchamiają pojedyncze programy, aplikacje sieciowe wymagają oddzielnych programów do niezależnego wykonywania w różnych węzłach sieciowych – takich jak aplikacja kliencka w telefonie i serwer w chmurze. Programy te muszą koordynować ze sobą poprzez wiadomości i uwikłanie kwantowe, specjalny rodzaj połączenia kwantowego, które daje sieci kwantowe ich mocy. QNodeos rozwiązuje unikalne wyzwania, jakie stwarzają w tym innym paradygmatu wykonywania kwantów.
Naukowcy wykazali, że QNodeo może współpracować z wieloma rodzajami sprzętu kwantowego, łącząc go z dwoma bardzo różnymi rodzajami procesorów kwantowych. „Nasze uwięzione procesory jonowe działają zasadniczo inaczej niż te oparte na ośrodkach kolorów w Diamond, ale pokazaliśmy, że QNodeo może współpracować z nimi” – mówi Tracy Northup, profesor University of Innsbruck w Austrii.
Przyszłość sieci kwantowych
Tworzenie ekspertów Qnodeos United z fizyki, informatyki i inżynierii w zakresie ważnego kroku w misji Qia polegającej na budowaniu skalowalnej i przydatnej sieci kwantowej, która może obsługiwać rzeczywiste aplikacje. W tej podróży system operacyjny będzie oferował kluczowe ramy dla dalszych badań i eksperymentów.
Kolejnym krokiem Qia pracuje nad zapewnieniem świata dostępu do oprogramowania i sprzętu technologii. Jednym ze sposobów na to będzie zatrudnienie QNodeoS w Eksploratorze sieci kwantowej, Quantum Internet Demonstrator Qutech. Umożliwi to znacznie szerszej publiczności eksperymentowanie, innowacje i tworzenie oprogramowania dla sieci kwantowych, przyspieszając ewolucję pola.