Члены Quantum Internet Alliance (QIA) из TU Delft, QuTech, University of Innsbruck, INRIA и CNRS опубликовали исследовательскую работу, в которой подробно описали первую в мире операционную систему QNodeOS, предназначенную для квантовых сетей (через Phys.org). QNodeOS спроектирована как аппаратно-агностическая система и стремится абстрагироваться от низкоуровневых деталей для программистов, чтобы упростить разработку и развертывание приложений.
Это платформонезависимый фреймворк, способный выполнять приложения в квантовой сети с помощью 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 новейший чип Majorana 1 от Microsoft, созданы для выполнения вычислений с использованием законов квантовой физики, таких как запутанность и суперпозиция. В отличие от них, квантовые сети соединяют эти квантовые устройства, облегчая координацию, и являются ключом к распределенным квантовым вычислениям.
Квантовые сети требуют операционной системы для управления потоком квантовой информации, управления запутанностью и синхронизации всех подключенных устройств. Предыдущие проекты приложений для квантовых сетей опирались на специальное, специфическое для оборудования программное обеспечение, которое было ограничено по функциональности и не отличалось удобством использования. Считайте это классическим эквивалентом низкоуровневых языков программирования.
Языки высокого уровня обеспечивают микроархитектурную абстракцию, что позволяет переносить код на различные конструкции. Область квантовых вычислений требует аналогичных усовершенствований, как объясняет Мариаграция Лулиано из QuTech: «Система похожа на программное обеспечение вашего домашнего компьютера: Вам не нужно знать, как работает аппаратное обеспечение, 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).
Кроме того, платформа поддерживает многозадачность для максимального использования аппаратных ресурсов и эффективности. Насколько мы можем судить, это достигается за счет перевода высокоуровневого кода в низкоуровневый NetQASM, который затем преобразуется в специфические для аппаратного обеспечения инструкции с помощью того, что в статье определяется как QDriver.
Команда продемонстрировала QNodeOS на двух квантовых узлах, основанных на NV-центрах в алмазах, каждый с одним кубитом. Высокоуровневые инструкции, явно упомянутые как произвольные, выполнялись в соответствии с базовым протоколом QDC, в котором клиентский узел отправляет инструкции серверному узлу. Это первая реализация высокоуровневого программирования и выполнения приложений квантовой сети. Далее в исследовании подробно описаны меры по обеспечению связи на больших расстояниях для улучшения архитектуры и уменьшения задержки.
Оригинал
Уникальность
