Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Các thành viên của Liên minh Internet Lượng tử (Quantum Internet Alliance - QIA) từ TU Delft, QuTech, Đại học Innsbruck, INRIA và CNRS đã xuất bản một bài báo nghiên cứu mô tả chi tiết về cái mà họ gọi là hệ điều hành đầu tiên trên thế giới, QNodeOS, được thiết kế cho mạng lượng tử (theo Phys.org). QNodeOS được thiết kế để không phụ thuộc vào phần cứng (hardware-agnostic) và cố gắng trừu tượng hóa các chi tiết cấp thấp khỏi các lập trình viên để dễ dàng phát triển và triển khai ứng dụng. Nó là một framework độc lập với nền tảng có khả năng thực thi các ứng dụng trong mạng lượng tử bằng các ngôn ngữ lập trình cấp cao.
Điều quan trọng cần hiểu là QNodeOS nhắm mục tiêu đến các mạng lượng tử, chứ không phải máy tính lượng tử. Nói một cách đơn giản, máy tính lượng tử hoặc bộ xử lý như chip Majorana 1 mới nhất của Microsoft được xây dựng để thực hiện các phép tính bằng cách sử dụng các định luật vật lý lượng tử, chẳng hạn như vướng víu lượng tử (entanglement) và chồng chập lượng tử (superposition). Ngược lại, mạng lượng tử kết nối các thiết bị lượng tử này, tạo điều kiện phối hợp và là chìa khóa cho điện toán lượng tử phân tán.
Mạng lượng tử yêu cầu một hệ điều hành để quản lý luồng thông tin lượng tử, quản lý sự vướng víu và đồng bộ hóa tất cả các thiết bị được kết nối. Các thiết kế trước đây của các ứng dụng mạng lượng tử dựa trên phần mềm đặc biệt, dành riêng cho phần cứng, bị hạn chế về chức năng và thiếu thân thiện với người dùng. Hãy coi nó tương đương với các ngôn ngữ lập trình cấp thấp cổ điển. Các ngôn ngữ cấp cao cung cấp sự trừu tượng hóa vi kiến trúc, cho phép khả năng di chuyển mã trên các thiết kế khác nhau. Lĩnh vực điện toán lượng tử đòi hỏi những tiến bộ tương tự như Mariagrazia Luliano từ QuTech giải thích: "Hệ thống này giống như phần mềm trên máy tính của bạn ở nhà: Bạn không cần phải biết phần cứng hoạt động như thế nào để sử dụng nó."
Bài báo trình bày chi tiết cách QNodeOS tương thích với các thiết kế chip lượng tử khác nhau: bộ xử lý ion bị bẫy và hệ thống dựa trên tâm màu kim cương (NV). Hơn nữa, nền tảng này hỗ trợ đa nhiệm để sử dụng và hiệu quả tài nguyên phần cứng tối đa. Từ những gì chúng ta có thể suy ra, điều này được thực hiện bằng cách dịch mã cấp cao sang NetQASM cấp thấp, sau đó được chuyển đổi thành các lệnh dành riêng cho phần cứng bằng cách sử dụng cái mà bài báo định nghĩa là QDriver.
Nhóm nghiên cứu đã trình diễn QNodeOS trên hai nút lượng tử dựa trên các tâm NV trong kim cương, mỗi nút có một qubit duy nhất. Các lệnh cấp cao, được đề cập rõ ràng là tùy ý, đã được thực hiện theo giao thức QDC cơ bản, trong đó một nút máy khách gửi lệnh đến một nút máy chủ. Đây là lần triển khai đầu tiên của lập trình và thực thi cấp cao các ứng dụng mạng lượng tử. Nghiên cứu trình bày chi tiết hơn các biện pháp kết nối đường dài để cải thiện kiến trúc và giảm độ trễ.
Điều quan trọng cần hiểu là QNodeOS nhắm mục tiêu đến các mạng lượng tử, chứ không phải máy tính lượng tử. Nói một cách đơn giản, máy tính lượng tử hoặc bộ xử lý như chip Majorana 1 mới nhất của Microsoft được xây dựng để thực hiện các phép tính bằng cách sử dụng các định luật vật lý lượng tử, chẳng hạn như vướng víu lượng tử (entanglement) và chồng chập lượng tử (superposition). Ngược lại, mạng lượng tử kết nối các thiết bị lượng tử này, tạo điều kiện phối hợp và là chìa khóa cho điện toán lượng tử phân tán.
Mạng lượng tử yêu cầu một hệ điều hành để quản lý luồng thông tin lượng tử, quản lý sự vướng víu và đồng bộ hóa tất cả các thiết bị được kết nối. Các thiết kế trước đây của các ứng dụng mạng lượng tử dựa trên phần mềm đặc biệt, dành riêng cho phần cứng, bị hạn chế về chức năng và thiếu thân thiện với người dùng. Hãy coi nó tương đương với các ngôn ngữ lập trình cấp thấp cổ điển. Các ngôn ngữ cấp cao cung cấp sự trừu tượng hóa vi kiến trúc, cho phép khả năng di chuyển mã trên các thiết kế khác nhau. Lĩnh vực điện toán lượng tử đòi hỏi những tiến bộ tương tự như Mariagrazia Luliano từ QuTech giải thích: "Hệ thống này giống như phần mềm trên máy tính của bạn ở nhà: Bạn không cần phải biết phần cứng hoạt động như thế nào để sử dụng nó."
Bài báo trình bày chi tiết cách QNodeOS tương thích với các thiết kế chip lượng tử khác nhau: bộ xử lý ion bị bẫy và hệ thống dựa trên tâm màu kim cương (NV). Hơn nữa, nền tảng này hỗ trợ đa nhiệm để sử dụng và hiệu quả tài nguyên phần cứng tối đa. Từ những gì chúng ta có thể suy ra, điều này được thực hiện bằng cách dịch mã cấp cao sang NetQASM cấp thấp, sau đó được chuyển đổi thành các lệnh dành riêng cho phần cứng bằng cách sử dụng cái mà bài báo định nghĩa là QDriver.
Nhóm nghiên cứu đã trình diễn QNodeOS trên hai nút lượng tử dựa trên các tâm NV trong kim cương, mỗi nút có một qubit duy nhất. Các lệnh cấp cao, được đề cập rõ ràng là tùy ý, đã được thực hiện theo giao thức QDC cơ bản, trong đó một nút máy khách gửi lệnh đến một nút máy chủ. Đây là lần triển khai đầu tiên của lập trình và thực thi cấp cao các ứng dụng mạng lượng tử. Nghiên cứu trình bày chi tiết hơn các biện pháp kết nối đường dài để cải thiện kiến trúc và giảm độ trễ.
