Tietojenkäsittely
QNodeOS: Ensimmäinen käyttöjärjestelmä mullistaa kvanttiverkon
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Kvanttilaskennan äkillinen nousu
Kvanttilaskenta on edistynyt viime kuukausina.
Se alkoi Googlen Willow joulukuussa 2024, ehkä ensimmäinen skaalautuva kvanttisiru. Siitä seurasi uutinen ensimmäinen hajautettu kvanttilaskenta optisen verkkolinkin yli, mikä avaa tien kvanttitietokoneiden verkottumiselle kuten tavalliset tietokoneet omistetuissa palvelimissa.
Sitten se oli Microsoftin vuoro, Ja sen Majorana 1 -siru käyttää täysin uutta olotilaa, topojohteet.
Kävi myös selväksi, että tie avautui useiden kvanttitietokoneiden verkottamista varten.
Samaan aikaan tehokkaampien ja luotettavampien sirujen ja enemmän yhteenliittämistä on selvää, että kvanttijärjestelmien laskentakapasiteetti tulee räjähtämään hyvin pian.
Kvanttilaskennan seuraava vaihe
Kun laitteisto-ongelmat ovat ratkeamassa, kvanttilaskentasektori tulee käymään läpi samanlaisia vaiheita kuin klassinen tietojenkäsittely meni. Tämä tarkoittaa, että olemme poistumassa kokeellisten laitteiden ja erittäin erikoistuneiden, räätälöityjen järjestelmien aikakaudesta, kuten 1940- ja 1950-luvuilta, ja siirtymässä kaupallistamisvaiheeseen.
Tälle olisi heti tunnusomaista:
- Toimivien keskustietokoneiden aikakausi rakennetaan, ja massiivisia tietokoneita käytetään enimmäkseen tutkimukseen, puolustukseen tai liiketoimintaan.
- Uusia sovelluksia näille uusille laitteille löydetään lähes päivittäin.
- Ohjelmointikielten, käyttöjärjestelmien ja muiden työkalujen kehittäminen kvanttipääkoneen laskentatehon hyödyntämiseksi paremmin.
Vankan askeleen tähän suuntaan ovat ottaneet Delftin teknillisen yliopiston (Alankomaat), Universität Innsbruckin (Itävalta), Sorbonne Universitén (Ranska) ja Ecole Normale Supérieureen (Ranska) tutkijat luomalla kvanttikäyttöjärjestelmän (OS)1.
Tämä teos julkaistiin arvostetussa Nature-arvostelussa otsikolla "Käyttöjärjestelmä sovellusten suorittamiseen kvanttiverkon solmuissa".
Tämä projekti luotiin alle Quantum Internet Alliance (QIA), eurooppalainen aloite, jonka tarkoituksena on luoda prototyyppi kvanttiinternet-verkko.
Kvanttilaskennan käyttökelpoisuus
Ensimmäiset tietokoneet ohjelmoivat elektroniikkaasiantuntijat, jotka ymmärsivät tyhjiöputkien monimutkaiset puolensa ja ensimmäisten keskustietokoneiden laitteiston.
Tämä muuttui, kun ohjelmoinnista tuli vähitellen itsenäinen ala, jolloin ohjelmoijien ei tarvinnut ymmärtää tietokoneen toimintaa saadakseen sen suorittamaan laskelmia.
Ottaen huomioon kuinka monimutkaisia kvanttilaskentajärjestelmät ovat aina siihen pisteeseen asti, että Majorana 1:n tapauksessa keksitään täysin uusi aine, on kohtuullista odottaa, että ohjelmoijat tarvitsevat samanlaisia työkaluja kvanttitietokoneiden ohjelmointiin.
Tämä on erityisen totta, koska useimmat kvanttilaskennan sovellukset ovat erittäin monimutkaisia tieteitä, kuten biologiaa, fysiikkaa, materiaalitieteitä, kemiaa, kryptografiaa jne. Joten on kohtuutonta odottaa, että tiedemiehistä, jotka joutuvat pysymään alansa huipulla, tulisi myös kvanttilaitteiston asiantuntijoita.
”Järjestelmä on kuin tietokoneesi ohjelmisto kotona: sinun ei tarvitse tietää laitteiston toimintaa käyttääksesi sitä.
Poistamalla olennaisesti verkkolaitteiston ja ohjelmiston välisen esteen, käyttöjärjestelmä antaa kehittäjille mahdollisuuden luoda sovelluksia helposti ja laajan valikoiman laitteistoratkaisuja.
Laitteiston huomioiminen
Kvanttitietokoneiden yhteenliittäminen on tähän asti ollut laitteistotasolla, hiukkasten takertumisen saavuttaminen optisen kuidun ja kvanttiteleportaation verkon kautta.
Ollakseen todella hyödyllinen kvanttiverkko tarvitsee laitteisto-agnostisen tason verkottumista, joka on enemmän samanlainen kuin tietokoneet tällä hetkellä vuorovaikutuksessa toistensa kanssa viestien siirrossa.
Lähde: luonto
Joten tutkijat loivat QNodeOS, käyttöjärjestelmä, joka on omistettu "puhumaan" kvanttilaitteiston kanssa ja mahdollistamaan ohjelmoinnin ja vuorovaikutuksen normaaleilla verkkomenetelmillä.
”Tutkimuksemme tavoitteena on tuoda kvanttiverkkoteknologia kaikkien saataville. QNodeOS:n avulla otamme ison askeleen eteenpäin. Mahdollistamme – ensimmäistä kertaa – sovellusten helpon ohjelmoinnin ja suorittamisen kvanttiverkossa.”
Työmme luo myös puitteet, jotka avaavat kokonaan uusia kvanttitietotekniikan tutkimuksen alueita.
Prof. tohtori Stephanie Wehner - Kvanttitietotekniikan professori TU Delftissä
Syy käytetyn laitteiston huomiotta jättämiseen on myös se, että todellinen kvantti-Internet sisältää todennäköisesti monia toisiinsa liittymättömiä teknologioita, samalla tavalla kuin nykyisessä Internetissä on vuorovaikutusta PC-tietokoneiden, Macien, älypuhelimien, palvelimien jne. välillä.
Ainoastaan luomalla välikerros abstraktiota, työskentelemällä kaikkien kvanttilaitteistojen kanssa, voidaan saavuttaa jonkinasteinen yhtenäisyys ja vuorovaikutus kestävästi.
Tutkijat testasivat menetelmiään yhdistämällä kaksi kvanttiverkon solmua, jotka perustuvat timantissa oleviin typpivakanssikeskuksiin (NV). Sitten he lisäsivät ylimääräisen ohjaimen QNodeOS:lle loukkuun jääneelle kvanttiverkkosolmulle, joka perustuu yhteen 40Ca+-atomiin.
"Loukkuun jääneet ioniprosessorimme toimivat täysin eri tavalla kuin ne, jotka perustuvat timantin värikeskuksiin, mutta olemme kuitenkin osoittaneet, että QNodeOS voi toimia molempien kanssa."
Tracy Northup - Professori Innsbruckin yliopistossa, Itävallassa.
Quantum-käyttöjärjestelmän rakentaminen
Kvanttilaskennan ajoitus
Suurin ongelma klassisen ja kvanttilaskennan välisessä vuorovaikutuksessa verkossa on aika-asteikkojen ero.
Verkoissa on ping millisekunneissa; sillä välin kvanttitietokoneilla on prosessointiaika mikrosekunneissa (tuhat kertaa lyhyempi) ja ne vaativat nanosekunnin tarkkuutta kvanttilaskennan ohjaamiseen (miljoona kertaa lyhyempi).
Sama aikakehysongelma pätee muistin säilyttämiseen, koska useimmat kvanttijärjestelmät menettävät kvanttiominaisuuksiensa paljon nopeammin kuin perinteiset tietokoneet.
Tästä syystä kvanttikäyttöjärjestelmän on ajoitettava erittäin tarkasti, milloin kvanttitietokoneet laukaisevat sotkeutumisen verkon jokaisessa solmussa.
Viime kädessä tämä tarkoittaa, että paikallisten kvanttioperaatioiden suorittaminen riippuu verkon aikataulusta.
Vaikka konsepti on suhteellisen yksinkertainen, sen toteuttaminen käytännössä on helppoa.
Lähde: luonto
Multitasking kvanttilaskenta
Koska yksittäisen kvanttisirun on pysyttävä käyttämättömänä suurimman osan ajasta odottaessaan verkon pingin synkronointia muiden kvanttisolmujen kanssa, paras laitteiston käyttötapa on saada se toimimaan useissa tehtävissä rinnakkain.
Jos ei, verkon ylimääräinen laskentateho kompensoidaan kalliiden laitteistojen erittäin alhaisella käyttöasteella.
Toiminnallisen kvanttikäyttöjärjestelmän on siis kyettävä ajastamaan yhtä laskutoimitusta, mutta myös käsittelemään useita ohjelmia rinnakkain, mukaan lukien prosessit, kvanttimuistin hallinta ja sotkeutumispyynnöt.
Lähde: luonto
Tulevat sovellukset
Tarjoamalla yhteisen ohjelmistokerroksen, joka on yhteensopiva erilaisten kvanttilaskentalaitteistojen kanssa, QNodeOS on tärkeä ensimmäinen askel kvanttilaskennan laajentamisessa laboratorioista käytännön sovelluksiin.
Yhdessä kvanttilaskentayritysten SDK:n (ohjelmistokehityspaketin) kanssa tämä tulee todennäköisesti olemaan ensimmäisten kehittäjäystävällisten kvanttisovellusten perusta. Tämän pitäisi puolestaan auttaa yleistämään kvanttilaskennan käyttöä kapean asiantuntijaryhmän ulkopuolella kaikille analyytikoille ja tutkijoille, jotka ovat kiinnostuneita hyödyntämään tätä hyvin erityistä laskennan muotoa työssään.
Investointi Quanttiin Tietojenkäsittely
IonQ
(IONQ )
IonQ on loukkuun jäävää ionitekniikkaa käyttävä kvanttilaskentayritys, jonka ovat perustaneet alan uraauurtavat tutkijat Marylandin yliopistosta ja Duke Universitystä. Se listattiin julkisesti NYSE:ssä vuonna 2021.
IonQ-kvanttilaskenta-alustat pystyvät tuottamaan 99.9 %:n tarkkuuden. Se käyttää tällä hetkellä 64-barium-ioniketjua, joka tuottaa 36-algoritmisen kubitin (AQ).
Ketjuorganisaatio mahdollistaa paljon nopeamman laskennan kuin muut loukkuun jääneet ionit menettämättä tarkkuutta. Tämä tulee sen lisäksi, että trapped-ion on ylivoimaisesti luotettavin kvanttitietokoneiden rakenne.
Lähde: IonQ
IonQ osti Qubitekkin tammikuussa 2025, lisäämällä toimintaansa yrityksen tiimin ja 118 patenttia IonQ:lle. Qubitekk on erikoistunut kvanttiverkkoihin, joissa käytetään fotonisia yhteenliitäntöjä, mahdollistaen kvanttiklusterit ja edistäen kvantti-internetin ominaisuuksia.
Kvanttiverkkojen pitäisi helpottaa erittäin suojattua viestintää ja viime kädessä mahdollistaa hajautettu kvanttilaskenta. Kun otetaan huomioon, kuinka nopeasti ala kehittyy, asiantuntemus ja IP:t voivat olla ratkaisevia IonQ:n tulevaisuuden kannalta.
IonQ kehittää kumppanuutta NKT Photonics (NKT.CO) auttaa kehittämään tulevaisuuden datakeskusvalmiita kvanttitietokoneita.
Se tekee myös yhteistyötä Imecin kanssa fotoniset integroidut piirit ja sirumittakaavainen ioniloukkutekniikka kasvattaakseen yrityksen kubittien määrää ja järjestelmän kokoa ja kustannuksia.
Oman SDK:n (Software Development Kit) kehittämisen sijaan yritys tukee kaikkia tärkeimpiä kerralla ja tekee yhteistyötä useiden johtavien yritysten kanssa uusien kvanttilaskentasovellusten kehittämisessä.
Lähde: IonQ
IonQ on lähinnä puhdasta kvanttilaskentaosaketta sijoittajille, jotka eivät ole kiinnostuneita muiden johtajien, kuten Googlen, Intelin, IBM:n tai Honeywellin, päätoiminnasta.
Joten yhdessä kilpailijansa Quantinuumin kanssa, osa Honeywellia (HON ), IonQ on lähempänä kaupallisten kvanttitietokoneiden kehittämistä keskittyen korkealaatuisiin, pienemmän kubittimäärän loukussa oleviin ionijärjestelmiin.
Sen varhainen menestys on auttanut sitä rakentamaan vahvan kumppanuusverkoston muiden kvanttilaskennan innovaattorien kanssa jatkaakseen tämän teknologian edistämistä. Äskettäin se on keskittynyt uudelleen verkkoon kytkettyihin kvanttitietokoneisiin, mitä pitäisi rohkaista entisestään QNodeOS:n kaltaisten työkalujen ilmaantumisen myötä.
Uusimmat IonQ:sta
Tutkimusviite:
1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et ai. Käyttöjärjestelmä sovellusten suorittamiseen kvanttiverkon solmuissa. luonto 639, 321 - 328 (2025).
