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QNodeOS: el primer sistema operativo que revoluciona las redes cuánticas
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El repentino auge de la computación cuántica
La computación cuántica ha ido avanzando a pasos agigantados estos últimos meses.
Empezó con Willow de Google en diciembre de 2024, tal vez el primer chip cuántico escalable de la historia. Luego vino la noticia de La primera computación cuántica distribuida a través de un enlace de red óptica., abriendo el camino para que las computadoras cuánticas se conecten en red como las normales en servidores dedicados.
Entonces fue El turno de Microsoft, Con su El chip Majorana 1 utiliza un estado de la materia completamente nuevo, topoconductores.
También quedó claro que se estaba abriendo el camino. para conectar en red múltiples computadoras cuánticas.
Con chips más potentes y fiables, y una mayor interconexión, está claro que la capacidad de cálculo de los sistemas cuánticos va a explotar muy pronto.
La próxima fase de la computación cuántica
A medida que se solucionen los problemas de hardware, el sector de la computación cuántica atravesará etapas similares a las de la computación clásica. Esto significa que estamos dejando atrás la era de los dispositivos experimentales y los sistemas ultraespecializados y personalizados de las décadas de 1940 y 1950, y entrando en la fase de comercialización.
Esto se caracterizaría a la vez por:
- Una era en la que se construyeron mainframes operativos, con computadoras enormes utilizadas mayormente para fines de investigación, defensa o comerciales.
- Casi a diario se descubren nuevas aplicaciones para estos nuevos dispositivos.
- El desarrollo de lenguajes de programación, sistemas operativos y otras herramientas para aprovechar mejor el poder de cálculo del mainframe cuántico.
Un paso sólido en esa dirección lo han dado los investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), la Universidad de Innsbruck (Austria), la Universidad de la Sorbona (Francia) y la Escuela Normal Superior (Francia) con la creación de un sistema operativo (OS) cuántico.1.
Este trabajo fue publicado en la prestigiosa revista Nature, bajo el título “Un sistema operativo para ejecutar aplicaciones en nodos de redes cuánticas.
Este proyecto fue creado bajo el Alianza cuántica de Internet (QIA), una iniciativa europea que busca crear un prototipo de red de internet cuántica.
Hacer accesible la computación cuántica
Las primeras computadoras fueron programadas por especialistas electrónicos que entendían los complejos pormenores de los tubos de vacío y el hardware de las primeras computadoras mainframe.
Esto cambió y la programación se convirtió progresivamente en un campo independiente y los programadores ya no necesitaban entender cómo funciona la computadora para realizar cálculos.
Considerando lo complejos que son los sistemas de computación cuántica, hasta el punto de inventar un estado de la materia completamente nuevo en el caso de Majorana 1, es razonable esperar que los programadores necesiten un conjunto similar de herramientas para manejar la programación de computadoras cuánticas.
Esto es especialmente cierto ya que la mayoría de las aplicaciones de la computación cuántica se encuentran en ciencias muy complejas como la biología, la física, las ciencias de los materiales, la química, la criptografía, etc. Por lo tanto, no es razonable esperar que los científicos que ya tienen que mantenerse en la cima de su dominio también se conviertan en expertos en hardware cuántico.
“El sistema es como el software de tu ordenador en casa: no necesitas saber cómo funciona el hardware para usarlo.
Al eliminar esencialmente la barrera entre el hardware y el software de red, el sistema operativo permitirá a los desarrolladores crear aplicaciones con facilidad y en un amplio espectro de soluciones de hardware.
Ignorar el hardware
La interconexión de los ordenadores cuánticos hasta ahora se ha producido a nivel de hardware, Lograr el entrelazamiento de partículas a través de una red de fibra óptica y teletransportación cuántica.
Para ser realmente útil, una red cuántica necesitará un nivel de red independiente del hardware, más similar a cómo las computadoras actualmente interactúan entre sí con las transferencias de mensajes.
Fuente: Nature
Así que los investigadores crearon Sistema operativo QNode, un sistema operativo dedicado a “hablar” con el hardware cuántico y hacer posible la programación e interacción a través de métodos de red normales.
El objetivo de nuestra investigación es acercar la tecnología de redes cuánticas a todos. Con QNodeOS, damos un gran paso adelante. Por primera vez, facilitamos la programación y ejecución de aplicaciones en una red cuántica.
Nuestro trabajo también crea un marco que abre áreas completamente nuevas de investigación en la informática cuántica”.
Prof. Dra. Stephanie Wehner – Profesor de Ciencias de la Computación Cuántica en la TU Delft
La razón para ignorar qué hardware se utiliza es también que una verdadera Internet cuántica probablemente incluirá muchas tecnologías no relacionadas, de la misma forma que la Internet actual tiene interacción entre PC, Mac, teléfonos inteligentes, servidores, etc.
Solo creando una capa intermedia de abstracción, que funcione con todo el hardware cuántico, se puede lograr cierto nivel de uniformidad e interacciones de manera duradera.
Los investigadores probaron sus métodos conectando dos nodos de red cuántica basados en centros de nitrógeno-vacante (NV) en diamante. Posteriormente, añadieron un controlador adicional para QNodeOS para un nodo de red cuántica de iones atrapados basado en un solo átomo de 40Ca+.
Nuestros procesadores de iones atrapados funcionan de forma fundamentalmente diferente a los basados en centros de color del diamante; sin embargo, hemos demostrado que QNodeOS puede funcionar con ambos.
Tracy Northup – Profesor de la Universidad de Innsbruck, Austria.
Construyendo un sistema operativo cuántico
Programación del cálculo cuántico
Un problema importante para cualquier interacción entre la computación clásica y la cuántica en una red es la diferencia en escalas de tiempo.
Las redes tendrán ping en milisegundos; mientras tanto, los ordenadores cuánticos tienen tiempos de procesamiento en microsegundos (mil veces más cortos) y requieren precisión de nanosegundos para los controles del cálculo cuántico (un millón de veces más cortos).
El mismo problema de marco temporal se aplica a la retención de memoria, ya que la mayoría de los sistemas cuánticos pierden sus propiedades cuánticas mucho más rápido que las computadoras clásicas.
Por esta razón, un sistema operativo cuántico necesita programar con mucha precisión cuándo las computadoras cuánticas activarán el entrelazamiento en cada nodo de la red.
En última instancia, esto significa que la ejecución de operaciones cuánticas locales dependerá de la programación de la red.
Si bien el concepto es relativamente simple, su implementación en términos prácticos es prácticamente sencilla.
Fuente: Nature
Cálculo cuántico multitarea
Dado que un chip cuántico individual tendrá que permanecer inactivo la mayor parte del tiempo, esperando que el ping de la red se sincronice con otros nodos cuánticos, el mejor uso del hardware es hacer que trabaje en múltiples tareas en paralelo.
De lo contrario, la potencia computacional adicional obtenida de la red se verá compensada por una tasa de uso muy baja del costoso hardware.
Por lo tanto, un sistema operativo cuántico funcional debe ser capaz no solo de programar un conjunto de cálculos, sino también de gestionar muchos programas en paralelo, incluidos procesos, gestión de memoria cuántica y solicitudes de entrelazamiento.
Fuente: Nature
Aplicaciones futuras
Al proporcionar una capa de software común compatible con diferentes hardware de computación cuántica, QNodeOS es un primer paso importante en la expansión de la computación cuántica desde los laboratorios a las aplicaciones prácticas.
Junto con el SDK (kit de desarrollo de software) de las empresas de computación cuántica, esto probablemente constituirá la base de las primeras aplicaciones cuánticas fáciles de usar para desarrolladores. Esto, a su vez, debería ayudar a generalizar el uso de la computación cuántica más allá de un grupo reducido de especialistas, a todos los analistas e investigadores interesados en aprovechar esta forma tan especial de computación en su trabajo.
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IonQ
(IONQ )
IonQ es una empresa de computación cuántica que utiliza tecnología de iones atrapados, fundada por científicos pioneros en este campo de la Universidad de Maryland y la Universidad de Duke. Comenzó a cotizar en la Bolsa de Nueva York en 2021.
Las plataformas de computación cuántica IonQ pueden producir un resultado con una fidelidad del 99.9 %. Actualmente, utilizan una cadena de iones de bario de 64, lo que produce un cúbit algorítmico de 36 (AQ).
La organización en cadena permite una computación mucho más rápida que otros diseños de iones atrapados sin perder fidelidad. Esto se suma a que el diseño de iones atrapados es, con diferencia, el más fiable de los ordenadores cuánticos.
Fuente: IonQ
IonQ adquirió Qubitekk en enero de 2025, incorporando a sus operaciones el equipo de la compañía y 118 patentes a IonQ. Qubitekk se especializa en redes cuánticas, utilizando interconexiones fotónicas, habilitando clústeres cuánticos y avanzando en las capacidades del internet cuántico.
Las redes cuánticas deberían facilitar comunicaciones de alta seguridad y, en última instancia, permitir la computación cuántica distribuida. Teniendo en cuenta la rapidez con la que se está desarrollando este campo, la experiencia y las IP en este tema podrían resultar cruciales para el futuro de IonQ.
IonQ está desarrollando una asociación con Fotónica NKT (NKT.CO) para ayudar a desarrollar futuras computadoras cuánticas preparadas para los centros de datos.
También colabora con Imec sobre circuitos integrados fotónicos y tecnología de trampa de iones a escala de chip para ampliar el recuento de qubits de la empresa y el tamaño y los costos del sistema.
En lugar de desarrollar su propio SDK (kit de desarrollo de software), la empresa da soporte a todos los principales a la vez y se asocia con muchas empresas líderes para desarrollar nuevas aplicaciones de computación cuántica.
Fuente: IonQ
IonQ es lo más cercano a una acción de computación cuántica pura para los inversores que no están interesados en las actividades principales de otros líderes como Google, Intel, IBM o Honeywell.
Así, junto con su competidor Quantinuum, parte de Honeywell (HON )IonQ está más cerca de desarrollar computadoras cuánticas comerciales, con su enfoque en sistemas de iones atrapados de alta fidelidad y menor conteo de qubits.
Su éxito inicial le ha ayudado a construir una sólida red de asociaciones con otros innovadores en computación cuántica para seguir impulsando esta tecnología, con un reciente reenfoque en las computadoras cuánticas en red, algo que debería verse aún más alentado por la aparición de herramientas como QNodeOS.
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Referencia del estudio:
1Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. Un sistema operativo para ejecutar aplicaciones en nodos de redes cuánticas. Nature 639, 321-328 (2025).
