Οι ερευνητές της Quantum Internet Alliance (QIA) του TU Delft, του QuTech, του Πανεπιστημίου του Ίνσμπρουκ, του INRIA και του CNRS ανακοίνωσαν πρόσφατα τη δημιουργία του πρώτου λειτουργικού συστήματος που έχει σχεδιαστεί για κβαντικά δίκτυα με ονομασία QNodeOS. Η έρευνα αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για τη μετατροπή της κβαντικής δικτύωσης από μια θεωρητική ιδέα σε μια πρακτική τεχνολογία που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στο μέλλον του Διαδικτύου.
«Στόχος της έρευνάς μας είναι να φέρουμε την τεχνολογία των κβαντικών δικτύων σε όλους. Με το QNodeOS κάνουμε ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός. Κάνουμε δυνατό -για πρώτη φορά- να προγραμματίζουμε και να εκτελούμε εύκολα εφαρμογές σε ένα κβαντικό δίκτυο», επισημαίνει η Dr. Stephanie Wehner, καθηγήτρια Κβαντικής Πληροφορικής στο ερευνητικό ινστιτούτο κβαντικής τεχνολογίας QuTech του TU Delft, η οποία ήταν επικεφαλής της μελέτης. «Η εργασία μας δημιουργεί επίσης ένα πλαίσιο που ανοίγει εντελώς νέους τομείς έρευνας της κβαντικής επιστήμης των υπολογιστών».
Η δυνατότητα να προγραμματίζουμε εύκολα το κλασικό υπολογιστικό υλικό, όπως laptops ή smartphones, είχε μετασχηματιστικό αντίκτυπο στον κόσμο μας και επέτρεψε τη δημιουργία ενός ευρέος φάσματος εφαρμογών. «Το σύστημα είναι σαν το λογισμικό στον υπολογιστή σας στο σπίτι: δεν χρειάζεται να γνωρίζετε πώς λειτουργεί το hardware για να το χρησιμοποιήσετε», αναφέρει η Mariagrazia Iuliano, διδακτορική φοιτήτρια στο QuTech.
Αφαιρώντας ουσιαστικά το εμπόδιο μεταξύ hardware και software δικτύωσης, το λειτουργικό σύστημα θα επιτρέψει στους προγραμματιστές να δημιουργήσουν εφαρμογές με ευκολία και σε ένα μεγάλο φάσμα λύσεων hardware, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη software που θα μπορέσει να φέρει την τεχνολογία κβαντικών δικτύων στην κοινωνία.
Το λειτουργικό σύστημα κβαντικού δικτύου, γνωστό ως QNodeOS, είναι πλήρως προγραμματιζόμενο, πράγμα που σημαίνει ότι οι εφαρμογές μπορούν να εκτελούνται σε υψηλό επίπεδο, όπως ακριβώς και στα κλασικά λειτουργικά συστήματα, όπως το Windows ή το Android. Σε αντίθεση με προηγούμενα συστήματα, τα οποία απαιτούσαν κωδικοποίηση ειδικά για κάθε πειραματική διάταξη, το QNodeOS καθιστά δυνατή τη λειτουργία κβαντικών επεξεργαστών σε ένα δίκτυο με ευκολία, ανεξάρτητα από την πλατφόρμα hardware που χρησιμοποιείται. «Μια τέτοια αρχιτεκτονική, η οποία δεν έχει δημιουργηθεί ποτέ πριν για κβαντικά δίκτυα, επιτρέπει στους προγραμματιστές να επικεντρωθούν στη λογική της εφαρμογής και όχι στις λεπτομέρειες του hardware», εξηγεί ο Bart van der Vecht, διδακτορικός φοιτητής στην QuTech. «Αυτό διευκολύνει την ανάπτυξη νέων ειδών εφαρμογών, ορισμένες από τις οποίες ίσως να μην μπορούμε καν να φανταστούμε σήμερα».
Οι εφαρμογές των κβαντικών δικτύων διαφέρουν από τις εφαρμογές που εκτελούνται σε κβαντικό υπολογιστή, εισάγοντας μοναδικές προκλήσεις που έπρεπε να ξεπεράσουν οι ερευνητές. Σε αντίθεση με τους κβαντικούς υπολογιστές που εκτελούν ενιαία προγράμματα, οι εφαρμογές κβαντικού δικτύου απαιτούν ξεχωριστά προγράμματα που εκτελούνται ανεξάρτητα σε διαφορετικούς κόμβους δικτύου -- όπως μια εφαρμογή στο smartphone και ένας server στο cloud. Αυτά τα προγράμματα πρέπει να συντονίζονται μεταξύ τους μέσω μηνυμάτων και κβαντικής διεμπλοκής, ενός ειδικού τύπου κβαντικής σύνδεσης που δίνει στα κβαντικά δίκτυα τη δύναμή τους. Το QNodeOS επιλύει τις μοναδικές προκλήσεις που θέτει αυτό το διαφορετικό παράδειγμα κβαντικής εκτέλεσης.
Οι ερευνητές απέδειξαν ότι το QNodeOS μπορεί να λειτουργήσει με πολλούς τύπους κβαντικού εξοπλισμού, συνδέοντάς το με δύο πολύ διαφορετικούς τύπους κβαντικών επεξεργαστών. «Οι επεξεργαστές μας με παγιδευμένα ιόντα λειτουργούν θεμελιωδώς διαφορετικά από εκείνους που βασίζονται σε κέντρα χρώματος στο διαμάντι, ωστόσο δείξαμε ότι το QNodeOS μπορεί να λειτουργήσει και με τους δύο», δηλώνει ο Tracy Northup, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ της Αυστρίας.
Η δημιουργία του QNodeOS ένωσε εμπειρογνώμονες από τη Φυσική, την Πληροφορική και τη Μηχανική, κάνοντας ένα σημαντικό βήμα στην αποστολή του QIA να δημιουργήσει ένα κλιμακούμενο και χρήσιμο κβαντικό δίκτυο που θα μπορεί να υποστηρίξει εφαρμογές του πραγματικού κόσμου. Σε αυτό το ταξίδι, το λειτουργικό σύστημα θα προσφέρει ένα κρίσιμο πλαίσιο για τη συνέχιση της μελέτης και του πειραματισμού.
Ως επόμενο βήμα, το QIA εργάζεται για να παράσχει στον κόσμο πρόσβαση στα στοιχεία λογισμικού και υλικού της τεχνολογίας. Ένας από τους τρόπους για να γίνει αυτό θα είναι να χρησιμοποιηθεί το QNodeOS στο Quantum Network Explorer, τον επιδεικτικό κβαντικό διαδικτυακό υπολογιστή της QuTech. Αυτό θα επιτρέψει σε ένα πολύ ευρύτερο κοινό να πειραματιστεί, να καινοτομήσει και να δημιουργήσει λογισμικό για κβαντικά δίκτυα, επιταχύνοντας την εξέλιξη του τομέα.
[via]
