Ученые создали первую ОС для работы квантовых компьютеров

Ученые представили QNodeOS — первую операционную систему, способную управлять различными квантовыми компьютерами в одной сети. Разработка, описанная 12 марта в журнале Nature, открывает путь к полноценному квантовому интернету, позволяя соединять машины с различными типами кубитов и централизованно ими управлять.

Об этом пишет LiveScience.

Как QNodeOS объединяет различные квантовые машины

В отличие от ОС в классических ПК, координирующих множество программ, большинство современных квантовых компьютеров разработаны под отдельные задачи, а их архитектуры несовместимы между собой. Из-за этого они плохо масштабируются и практически не взаимодействуют. QNodeOS призвана решить именно эту проблему, выступая универсальным "посредником" независимо от того, основана ли машина на сверхпроводящих кубитах, NV-центрах в бриллианте или ионах в ловушке.

Сердцем платформы является тандем классического сетевого процессора (CNPU) и квантового процессора (QNPU). Первый инициирует выполнение кода, тогда как второй отвечает за квантовые инструкции. Вместе они управляют отдельным квантовым устройством (QDevice), то есть самой вычислительной установкой.

Чтобы сеть оставалась универсальной, между QNodeOS и каждым QDevice стоит компонент QDriver. Именно он "переводит" независимые от аппаратного обеспечения квантовые операции на специфические команды конкретной машины и обратно. Дополнительную унификацию обеспечивает NetQASM — инструкционная архитектура, задающая стандартизированный набор команд для квантовых сетей.

В ходе эксперимента команда подключила к QNodeOS три различные квантовые установки: две на базе NV-центров и еще одну на основе электрически заряженных атомов. Система успешно выполнила тестовую программу так, как обычный ПК запускает вычисления в облаке, продемонстрировав возможность совместной работы гетерогенных кубитов.

Исследователи отмечают, что дальнейшие испытания предусматривают привлечение большего количества различных платформ и увеличение расстояний между ними. Кроме того, в будущем CNPU и QNPU можно объединить на одной плате, чтобы устранить задержки, которые сейчас измеряются миллисекундами.

Создание универсальной операционной системы для квантовых компьютеров является важным шагом к распределенным квантовым вычислениям и фактически закладывает технический фундамент квантового интернета — сети, где квантовые ресурсы будут объединяться подобно облачным сервисам сегодня.

Напомним, Microsoft создаст первый квантовый чип Majorana 1, который будет работать на новой архитектуре Topological Core. Особенностью чипа станет использование первого в мире топопроводника — нового типа материи, который ранее не существовал.

Также мы писали, что изучение и разработка квантовых компьютеров постоянно продолжается, однако их проблема всегда заключается в нестабильности кубитов, которые очень уязвимы к ошибкам. Google представила новый квантовый чип, который частично может исправить эту проблему.