Computación
QNodeOS: El primer sistema operativo revoluciona las redes cuánticas
El repentino auge de la computación cuántica
Quantum computing has been making strides these last months.
Comenzó con Google’s Willow en diciembre de 2024, quizá el primer chip cuántico escalable. Luego siguió la noticia de la primera computación cuántica distribuida a través de un enlace de red óptica, abriendo el camino para que los ordenadores cuánticos se conecten en red como los normales en servidores dedicados.
El turno de Microsoft, con su chip Majorana 1 que utiliza un estado de la materia completamente nuevo, topoconductores.
También quedó claro que se estaba abriendo el camino para interconectar varios ordenadores cuánticos.
Con, al mismo tiempo, chips más potentes y fiables, y mayor interconexión, es evidente que la capacidad de cálculo de los sistemas cuánticos explotará muy pronto.
La siguiente fase de la computación cuántica
A medida que se resuelven los problemas de hardware, el sector de la computación cuántica atravesará etapas similares a las que siguió la computación clásica. Esto significa que estamos saliendo de la era de dispositivos experimentales y sistemas ultra‑especializados y hechos a medida, como en los años 40 y 50, y entrando en la fase de comercialización.
Esto se caracterizaría de inmediato por:
- Una era de mainframes operacionales en construcción, con ordenadores masivos utilizados principalmente para investigación, defensa o fines empresariales.
- Nuevas aplicaciones para estos dispositivos se descubren casi a diario.
- El desarrollo de lenguajes de programación, sistemas operativos y otras herramientas para aprovechar mejor la potencia de cálculo del mainframe cuántico.
Un paso sólido en esa dirección ha sido dado por investigadores de la Delft University of Technology (Países Bajos), Universität Innsbruck (Austria), Sorbonne Université (Francia), Ecole Normale Supérieure (Francia), con la creación de un sistema operativo cuántico (OS)1.
Este trabajo se publicó en la prestigiosa revista Nature, bajo el título “Un sistema operativo para ejecutar aplicaciones en nodos de red cuántica”.
Este proyecto se creó bajo la Quantum Internet Alliance (QIA), una iniciativa europea que busca crear una red prototipo de internet cuántico.
Haciendo la computación cuántica accesible
Los primeros ordenadores fueron programados por especialistas electrónicos, que comprendían los complejos entresijos de los tubos de vacío y el hardware de los primeros mainframes.
Esto cambió, ya que la programación se convirtió progresivamente en un campo independiente, y los programadores ya no necesitaban entender cómo funciona el ordenador para que realice 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 programar ordenadores cuánticos.
Esto es especialmente cierto ya que la mayoría de las aplicaciones de la computación cuántica se encuentran en ciencias muy complejas como biología, física, ciencia de materiales, química, criptografía, etc. Por lo tanto, no es razonable esperar que los científicos, que ya deben mantenerse a la vanguardia de su campo, 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 de red y el software, el sistema operativo permitirá a los desarrolladores crear aplicaciones con facilidad y a lo largo de un amplio espectro de soluciones de hardware.
Ignorando el hardware
La interconexión de ordenadores cuánticos hasta ahora ha sido a nivel de hardware, logrando 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 interconexión agnóstico al hardware, más similar a cómo los ordenadores interactúan actualmente entre sí mediante transferencias de mensajes.
Fuente: Nature
Así que los investigadores crearon QNodeOS, un sistema operativo dedicado a “hablar” con el hardware cuántico y que permite programar e interactuar mediante métodos de red normales.
“El objetivo de nuestra investigación es llevar la tecnología de redes cuánticas a todos. Con QNodeOS estamos dando un gran paso adelante. Estamos haciendo posible – por primera vez – programar y ejecutar aplicaciones en una red cuántica fácilmente.
Nuestro trabajo también crea un marco que abre áreas completamente nuevas de investigación en la ciencia de la computación cuántica.
Prof. Dr. Stephanie Wehner – Profesora de Ciencia de la Computación Cuántica en TU Delft
La razón para ignorar qué hardware se utiliza es también que un verdadero Internet cuántico probablemente incluirá muchas tecnologías no relacionadas, de la misma manera que el Internet actual tiene interacción entre PC, Mac, smartphones, servidores, etc.
Solo creando una capa intermedia de abstracción, que funcione con todo el hardware cuántico, se puede lograr de forma duradera cierto nivel de uniformidad e interacciones.
Los investigadores probaron sus métodos conectando dos nodos de red cuántica basados en centros de vacantes de nitrógeno (NV) en diamante. Luego añadieron un controlador adicional para QNodeOS para un nodo de red cuántica de iones atrapados basado en un solo átomo 40Ca+.
Nuestros procesadores de iones atrapados funcionan fundamentalmente de manera diferente a los basados en centros de color en diamante, sin embargo hemos demostrado que QNodeOS puede trabajar con ambos.
Tracy Northup – Profesor en la Universidad de Innsbruck, Austria.
Construyendo un OS cuántico
Programación de cálculos cuánticos
Un problema importante para cualquier interacción entre la computación clásica y cuántica en una red es la diferencia de escalas temporales.
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 corta).
El mismo problema de marco temporal es válido para la retención de memoria, ya que la mayoría de los sistemas cuánticos pierden sus propiedades cuánticas mucho más rápido que los ordenadores clásicos.
Por esta razón, un OS cuántico necesita programar con gran precisión cuándo los ordenadores cuánticos activarán el entrelazamiento en cada nodo de la red.
En última instancia, esto significa que la ejecución de operaciones cuánticas locales dependerá del programa de la red.
Aunque el concepto es relativamente simple, su implementación en términos prácticos no es nada fácil.
Fuente: Nature
Cálculo cuántico multitarea
Dado que un chip cuántico individual tendrá que permanecer inactivo la mayor parte del tiempo, esperando a que el ping de la red se sincronice con otros nodos cuánticos, el mejor uso del hardware es hacerlo trabajar en múltiples tareas en paralelo.
De lo contrario, el poder de cálculo adicional de la interconexión será compensado por una tasa de uso muy baja del hardware costoso.
Por lo tanto, un OS cuántico funcional debe ser capaz no solo de programar un conjunto de cálculos, sino de manejar 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 importante primer paso en la expansión de la computación cuántica de los laboratorios a aplicaciones prácticas.
Junto con los SDK (kits de desarrollo de software) de las empresas de computación cuántica, esto probablemente será la base de las primeras aplicaciones cuánticas amigables para desarrolladores. 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.
Invertir en la computación cuántica
IonQ
(IONQ )
IonQ es una empresa de computación cuántica que utiliza tecnología de iones atrapados, fundada por científicos pioneros en el campo de la Universidad de Maryland y la Universidad de Duke. Se cotizó públicamente en la NYSE en 2021.
Las plataformas de computación cuántica de IonQ pueden producir un resultado con una fidelidad del 99,9 %. Actualmente utiliza una cadena de 64 iones de bario, generando un qubit algorítmico de 36 (AQ).
La organización de la cadena permite una computación mucho más rápida que otros diseños de iones atrapados sin perder fidelidad. Esto se suma a que los iones atrapados son, de lejos, el diseño más fiable de ordenadores cuánticos.
Fuente: IonQ
IonQ adquirió Qubitekk en enero de 2025, añadiendo a sus operaciones el equipo de la compañía y 118 patentes a IonQ. La especialidad de Qubitekk está en redes cuánticas, utilizando interconexiones fotónicas, habilitando clústeres cuánticos y avanzando las capacidades del internet cuántico.
Las redes cuánticas deberían facilitar comunicaciones altamente seguras y, en última instancia, permitir la computación cuántica distribuida. Considerando la rapidez con la que avanza el campo, la experiencia y los derechos de propiedad intelectual en este tema podrían resultar cruciales para el futuro de IonQ.
IonQ está desarrollando una asociación con NKT Photonics (NKT.CO) para ayudar a desarrollar futuros ordenadores cuánticos listos para centros de datos.
También está colaborando con Imec en circuitos fotónicos integrados y tecnología de trampas de iones a escala de chip para escalar el número de qubits y el tamaño y coste del sistema de la empresa.
En lugar de desarrollar su propio SDK (Kit de Desarrollo de Software), la compañía está apoyando a todos los principales a la vez, y asociándose con muchas empresas líderes para desarrollar nuevas aplicaciones de computación cuántica.
Fuente: IonQ
IonQ es la acción de computación cuántica más pura para los inversores que no están interesados en las principales actividades 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 ordenadores cuánticos comerciales, con su enfoque en sistemas de iones atrapados de alta fidelidad y menor número de qubits.
Su éxito temprano le ha ayudado a construir una sólida red de asociaciones con otros innovadores de la computación cuántica para seguir impulsando esta tecnología, con un reciente reenfoque en ordenadores cuánticos en red, algo que debería fomentarse aún más con la aparición de herramientas como QNodeOS
Últimas noticias sobre IonQ
Referencia del estudio:
1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. An operating system for executing applications on quantum network nodes. Nature 639, 321–328 (2025).
