QNodeOS : le premier système d'exploitation qui révolutionne les réseaux quantiques

L'essor soudain de l'informatique quantique

L’informatique quantique a fait des progrès ces derniers mois.

Cela a commencé avec Willow de Google en décembre 2024, peut-être la première puce quantique évolutive. Elle a ensuite été suivie par la nouvelle de le premier calcul quantique distribué via une liaison réseau optique, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques mis en réseau comme des ordinateurs normaux dans des serveurs dédiés.

Puis c'était Au tour de Microsoft, Avec son Puce Majorana 1 utilisant un tout nouvel état de la matière, topoconducteurs.

Il est également devenu clair que la voie s'ouvrait pour mettre en réseau plusieurs ordinateurs quantiques.

Avec, dans le même temps, des puces plus puissantes et plus fiables, et davantage d’interconnexion, il est clair que la capacité de calcul des systèmes quantiques va exploser très bientôt.

La prochaine phase de l'informatique quantique

À mesure que les problèmes matériels sont résolus, le secteur de l'informatique quantique va traverser des étapes similaires à celles de l'informatique classique. Cela signifie que nous quittons l'ère des dispositifs expérimentaux et des systèmes ultra-spécialisés et sur mesure des années 1940 et 1950 pour entrer dans la phase de commercialisation.

Cela se caractériserait à la fois par :

• Une ère de construction d'ordinateurs centraux opérationnels, avec des ordinateurs massifs principalement utilisés à des fins de recherche, de défense ou commerciales.
• De nouvelles applications pour ces nouveaux appareils sont découvertes presque quotidiennement.
• Le développement de langages de programmation, de systèmes d’exploitation et d’autres outils pour mieux exploiter la puissance de calcul du mainframe quantique.

Un pas important dans cette direction a été franchi par des chercheurs de l'Université de technologie de Delft (Pays-Bas), de l'Université d'Innsbruck (Autriche), de la Sorbonne Université (France) et de l'École normale supérieure (France), avec la création d'un système d'exploitation quantique (OS).¹.

Cet ouvrage a été publié dans la prestigieuse revue Nature, sous le titre «Un système d'exploitation permettant d'exécuter des applications sur des nœuds de réseau quantique ».

Ce projet a été créé sous le Alliance Internet quantique (QIA), une initiative européenne visant à créer un prototype de réseau Internet quantique.

Rendre l'informatique quantique accessible

Les tout premiers ordinateurs ont été programmés par des spécialistes en électronique, qui comprenaient les tenants et aboutissants complexes des tubes à vide et du matériel des premiers ordinateurs centraux.

Cela a changé, la programmation devenant progressivement un domaine indépendant, les programmeurs n’ayant plus besoin de comprendre le fonctionnement de l’ordinateur pour lui faire effectuer des calculs.

Considérant la complexité des systèmes informatiques quantiques, jusqu’au point d’inventer un état de la matière entièrement nouveau dans le cas de Majorana 1, il est raisonnable de s’attendre à ce que les programmeurs aient besoin d’un ensemble d’outils similaire pour gérer la programmation des ordinateurs quantiques.

Cela est particulièrement vrai dans la mesure où la plupart des applications de l’informatique quantique se situent dans des sciences très complexes comme la biologie, la physique, les sciences des matériaux, la chimie, la cryptographie, etc. Il est donc déraisonnable de s’attendre à ce que les scientifiques qui doivent déjà rester au sommet de leur domaine deviennent également des experts en matériel quantique.

« Le système est comme le logiciel de votre ordinateur à la maison : vous n'avez pas besoin de savoir comment fonctionne le matériel pour l'utiliser.

En supprimant essentiellement la barrière entre le matériel et les logiciels réseau, le système d’exploitation permettra aux développeurs de créer des applications facilement et sur un large éventail de solutions matérielles.

Mariagrazia Iuliano, doctorante à QuTech.

Ignorer le matériel

L'interconnexion des ordinateurs quantiques s'est jusqu'à présent faite au niveau matériel, réaliser l'intrication des particules grâce à un réseau de fibres optiques et à la téléportation quantique.

Pour être réellement utile, un réseau quantique aura besoin d’un niveau de réseau indépendant du matériel, plus proche de la façon dont les ordinateurs interagissent actuellement entre eux avec les transferts de messages.

Source: Nature

Les chercheurs ont donc créé QNodeOS, un système d’exploitation dédié à « parler » au matériel quantique et permettant de programmer et d’interagir via des méthodes de réseau normales.

L'objectif de nos recherches est de rendre la technologie des réseaux quantiques accessible à tous. Avec QNodeOS, nous franchissons une étape importante. Pour la première fois, nous permettons de programmer et d'exécuter facilement des applications sur un réseau quantique.

Notre travail crée également un cadre ouvrant des domaines entièrement nouveaux de recherche en informatique quantique. »

Prof. Dr. Stephanie Wehner - Professeur d'informatique quantique à la TU Delft

La raison pour laquelle on ignore quel matériel est utilisé est également qu’un véritable Internet quantique inclura probablement de nombreuses technologies sans rapport, de la même manière que l’Internet actuel a une interaction entre les PC, les Mac, les smartphones, les serveurs, etc.

Ce n’est qu’en créant une couche intermédiaire d’abstraction, fonctionnant avec tout le matériel quantique, qu’un certain niveau d’uniformité et d’interactions peut être durablement atteint.

Les chercheurs ont testé leurs méthodes en connectant deux nœuds de réseau quantique basés sur des centres de lacunes d'azote (NV) dans le diamant. Ils ont ensuite ajouté un pilote supplémentaire pour QNodeOS pour un nœud de réseau quantique à ions piégés basé sur un seul atome de 40Ca+.

« Nos processeurs à ions piégés fonctionnent fondamentalement différemment de ceux basés sur les centres de couleur du diamant, mais nous avons montré que QNodeOS peut fonctionner avec les deux. »

Tracy Northup - Professeur à l'Université d'Innsbruck, Autriche.

 Construire un système d'exploitation quantique

Ordonnancement du calcul quantique

Un problème majeur pour toute interaction entre l’informatique classique et l’informatique quantique dans un réseau est la différence d’échelles de temps.

Les réseaux auront un ping en millisecondes ; pendant ce temps, les ordinateurs quantiques ont un temps de traitement en microsecondes (mille fois plus court) et nécessitent une précision en nanosecondes pour les contrôles du calcul quantique (un million de fois plus court).

Le même problème de délai s’applique à la rétention de la mémoire, car la plupart des systèmes quantiques perdent leurs propriétés quantiques beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques.

Pour cette raison, un système d’exploitation quantique doit planifier très précisément le moment où les ordinateurs quantiques déclencheront l’intrication dans chaque nœud du réseau.

En fin de compte, cela signifie que l’exécution des opérations quantiques locales dépendra de la planification du réseau.

Bien que le concept soit relativement simple, sa mise en œuvre pratique est tout sauf aisée.

Source: Nature

Calcul quantique multitâche

Étant donné qu’une puce quantique individuelle devra rester inactive la plupart du temps, en attendant que le ping du réseau se synchronise avec d’autres nœuds quantiques, la meilleure utilisation du matériel est de le faire fonctionner sur plusieurs tâches en parallèle.

Dans le cas contraire, la puissance de calcul supplémentaire du réseau sera compensée par un taux d’utilisation très faible du matériel coûteux.

Ainsi, un système d’exploitation quantique fonctionnel doit être capable non seulement de planifier un ensemble de calculs, mais également de gérer de nombreux programmes en parallèle, y compris les processus, la gestion de la mémoire quantique et les demandes d’intrication.

Source: Nature

Applications futures

En fournissant une couche logicielle commune compatible avec différents matériels informatiques quantiques, QNodeOS constitue une première étape importante dans l’expansion de l’informatique quantique des laboratoires aux applications pratiques.

Associé aux SDK (kits de développement logiciel) des entreprises d'informatique quantique, ce kit constituera probablement la base des premières applications quantiques adaptées aux développeurs. Cela devrait contribuer à généraliser l'utilisation de l'informatique quantique au-delà d'un cercle restreint de spécialistes, à tous les analystes et chercheurs souhaitant exploiter cette forme d'informatique très particulière dans leurs travaux.

Investir dans le quantique Informatique

IonQ

IonQ est une société d'informatique quantique utilisant la technologie des ions piégés. Elle a été fondée par des scientifiques pionniers du domaine issus de l'Université du Maryland et de l'Université Duke. Elle a été cotée au NYSE en 2021.

Les plateformes de calcul quantique IonQ sont capables de produire des résultats fidèles à 99.9 %. Elles utilisent actuellement une chaîne de 64 ions baryum, produisant un qubit algorithmique (AQ) de 36.

L'organisation en chaîne permet des calculs beaucoup plus rapides que les autres conceptions à ions piégés, sans perte de fidélité. De plus, les ions piégés sont de loin la conception la plus fiable des ordinateurs quantiques.

Source: IonQ

IonQ a acquis Qubitekk en janvier 2025, ajoutant à ses opérations l'équipe de l'entreprise et 118 brevets à IonQ. La spécialité de Qubitekk est les réseaux quantiques, utilisant des interconnexions photoniques, permettant la création de clusters quantiques et faisant progresser les capacités de l'Internet quantique.

Les réseaux quantiques devraient faciliter les communications hautement sécurisées et permettre à terme l'informatique quantique distribuée. Compte tenu de la rapidité avec laquelle le domaine évolue, l'expertise et les IP sur ce sujet pourraient s'avérer cruciales pour l'avenir d'IonQ.

IonQ développe un partenariat avec Photonique NKT (NKT.CO) pour aider à développer de futurs ordinateurs quantiques prêts pour les centres de données.

Il collabore également avec Imec sur les circuits intégrés photoniques et la technologie de piège à ions à l'échelle de la puce pour augmenter le nombre de qubits, la taille et les coûts du système de l'entreprise.

Au lieu de développer son propre SDK (Software Development Kit), l'entreprise prend en charge tous les principaux SDK à la fois et s'associe à de nombreuses entreprises leaders pour développer de nouvelles applications d'informatique quantique.

Source: IonQ

IonQ est l'action la plus proche d'une pure informatique quantique pour les investisseurs qui ne s'intéressent pas aux activités principales d'autres leaders comme Google, Intel, IBM ou Honeywell.

Ainsi, avec son concurrent Quantinuum, qui fait partie de Honeywell (HON + 1.33%)IonQ est plus proche du développement d'ordinateurs quantiques commerciaux, en se concentrant sur des systèmes à ions piégés haute fidélité et à faible nombre de qubits.

Son succès précoce lui a permis de construire un solide réseau de partenariats avec d'autres innovateurs en informatique quantique pour continuer à faire progresser cette technologie, avec un recentrage récent sur les ordinateurs quantiques en réseau, ce qui devrait être davantage encouragé par l'émergence d'outils comme QNodeOS.

Dernières nouvelles sur IonQ

Référence de l'étude :

^{1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. Un système d'exploitation pour exécuter des applications sur des nœuds de réseau quantique. Nature 639, 321-328 (2025).}