QNodeOS — операционная система для квантовых сетей

Члены Quantum Internet Alliance (QIA) из TU Delft, QuTech, University of Innsbruck, INRIA и CNRS опубликовали исследовательскую работу, в которой подробно описывается то, что они называют первой в мире операционной системой QNodeOS, разработанной для квантовых сетей (через Phys.org). QNodeOS разработана как аппаратно-независимая и стремится абстрагировать низкоуровневые детали от программистов для легкой разработки и развертывания приложений. Это независимая от платформы структура, способная выполнять приложения в квантовой сети с использованием языков программирования высокого уровня.

Важно понимать, что QNodeOS нацелена на квантовые сети, а не на квантовые компьютеры. Проще говоря, квантовые компьютеры или процессоры, такие как последний чип Majorana 1 от Microsoft, созданы для выполнения вычислений с использованием законов квантовой физики, таких как запутанность и суперпозиция. Напротив, квантовые сети соединяют эти квантовые устройства, облегчая координацию, и являются ключевыми для распределенных квантовых вычислений.

Квантовым сетям требуется операционная система для управления потоком квантовой информации, управления запутанностью и синхронизации всех подключенных устройств. Предыдущие разработки приложений квантовых сетей полагались на специальное, аппаратно-зависимое программное обеспечение, которое было ограничено по функциональности и не было удобным для пользователя. Считайте это классическим эквивалентом низкоуровневых языков программирования. Высокоуровневые языки обеспечивают микроархитектурную абстракцию, обеспечивая переносимость кода между различными проектами. Область квантовых вычислений требует аналогичных достижений, как объясняет Марияграция Лулиано из QuTech: «Система похожа на программное обеспечение на вашем домашнем компьютере: вам не нужно знать, как работает оборудование, чтобы использовать его».

В статье подробно описывается, как QNodeOS совместима с различными конструкциями квантовых чипов: процессорами с захваченными ионами и системами на основе алмазного цветового центра (NV). Более того, платформа поддерживает многозадачность для максимального использования аппаратных ресурсов и эффективности. Из того, что мы можем сделать вывод, это делается путем перевода высокоуровневого кода в низкоуровневый NetQASM, который затем преобразуется в аппаратно-специфичные инструкции с использованием того, что в статье определяется как QDriver.

Команда продемонстрировала QNodeOS на двух квантовых узлах на основе NV-центров в алмазах, каждый с одним кубитом. Высокоуровневые инструкции, явно упомянутые как произвольные, были выполнены в соответствии с базовым протоколом QDC, в котором клиентский узел отправляет инструкции серверному узлу.

Это первая реализация высокоуровневого программирования и выполнения квантовых сетевых приложений. Исследование более подробно описывает меры по обеспечению связи на больших расстояниях для улучшения архитектуры и сокращения задержек.

Источник: Tomshardware.com