QNodeOS : Le premier système d'exploitation révolutionne les réseaux quantiques

L'essor soudain de l'informatique quantique

L'informatique quantique a progressé à grands pas ces derniers mois.

Cela a commencé par Willow de Google en décembre 2024Il s'agit peut-être de la toute première puce quantique évolutive. Elle a ensuite été suivie par la nouvelle de le premier calcul quantique distribué sur une liaison de réseau optiqueCe qui ouvre la voie à la mise en réseau d'ordinateurs quantiques comme des ordinateurs normaux dans des serveurs dédiés.

Ensuite, c'était Microsoft’s turn, avec son Puce Majorana 1 utilisant un état de la matière entièrement nouveau, topoconducteurs.

Il est également apparu clairement que la voie s'ouvrait pour la mise en réseau de 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 passer par des étapes similaires à celles de l'informatique classique. Cela signifie que nous sortons de l'ère des dispositifs expérimentaux et des systèmes ultra-spécialisés et sur mesure des années 1940 et 1950 et que nous entrons dans la phase de commercialisation.

Elle se caractériserait à la fois par :

• Une ère de construction d'ordinateurs centraux opérationnels, avec des ordinateurs massifs principalement utilisés pour la recherche, la défense ou les affaires.
• De nouvelles applications pour ces nouveaux dispositifs 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 de l'ordinateur central quantique.

A solid step in that direction has been taken by researchers at the Delft University of Technology (Netherland), Universität Innsbruck (Austria), Sorbonne Université (France), Ecole Normale Supérieure (France), with the creation of a quantum operating system (OS)¹.

This work was published in the prestigious review Nature, under the title “Un système d'exploitation pour l'exécution d'applications sur des nœuds de réseaux quantiques".

Ce projet a été créé dans le cadre de la Alliance pour l'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 de l'électronique, qui comprenaient les tenants et aboutissants complexes des tubes à vide et le matériel des premiers ordinateurs centraux.

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

Compte tenu de la complexité des systèmes informatiques quantiques, qui vont jusqu'à inventer un état de la matière entièrement nouveau dans le cas de Majorana 1, on peut raisonnablement s'attendre à ce que les programmeurs aient besoin d'un ensemble d'outils similaires pour programmer les ordinateurs quantiques.

Cela est d'autant plus vrai que la plupart des applications de l'informatique quantique relèvent de sciences très complexes telles que la biologie, la physique, les sciences des matériaux, la chimie, la cryptographie, etc. Il n'est donc pas raisonnable d'attendre des scientifiques qui doivent déjà rester à la pointe de leur domaine qu'ils deviennent également des experts en matériel quantique.

“The system is like the software on your computer at home: you don’t need to know how the hardware works to use it.

En supprimant essentiellement la barrière entre le matériel de mise en réseau et le logiciel, 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 faite jusqu'à présent au niveau du matériel, la réalisation d'une intrication de particules à travers un réseau de fibres optiques et la téléportation quantique.

Pour être vraiment utile, un réseau quantique devra avoir un niveau de mise en réseau agnostique sur le plan matériel, plus proche de la manière dont les ordinateurs interagissent actuellement les uns avec les autres par des transferts de messages.

Source : Nature

Les chercheurs ont donc créé QNodeOS, an operating system dedicated to “talking” to the quantum hardware and making it possible to program and interact through normal networking methods.

“The goal of our research is to bring quantum network technology to all. With QNodeOS we’re taking a big step forward. We’re making it possible – for the first time – to program and execute applications on a quantum network easily.

Our work also creates a framework opening entirely new areas of quantum computer science research.”

Stephanie Wehner - Professor of Quantum Computer Science at TU Delft’s

Si l'on ne tient pas compte du matériel utilisé, c'est aussi parce qu'un véritable internet quantique inclura probablement de nombreuses technologies sans rapport les unes avec les autres, de la même manière que l'internet actuel présente des interactions 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 atteint durablement.

The researchers tested their methods by connecting two quantum network nodes based on nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. They then added an extra driver for QNodeOS for a trapped-ion quantum network node based on a single 40Ca+ atom.

“Our trapped ion processors work fundamentally differently than those based on color centers in diamond, yet we have shown QNodeOS can work with both of them.”

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

 Construire un système d'exploitation quantique

Ordonnancement Calcul quantique

La différence d'échelle de temps constitue un problème majeur pour toute interaction entre l'informatique classique et l'informatique quantique au sein d'un réseau.

Les réseaux auront un ping en millisecondes, alors que 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 se pose pour la conservation de la mémoire, car la plupart des systèmes quantiques perdent leurs propriétés quantiques beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques.

C'est pourquoi un système d'exploitation quantique doit programmer 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 programmation du réseau.

Si le concept est relativement simple, sa mise en œuvre pratique est loin d'être 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 consiste à le faire travailler sur plusieurs tâches en parallèle.

Si ce n'est pas le cas, la puissance de calcul supplémentaire apportée par la mise en réseau sera compensée par un taux d'utilisation très faible du matériel coûteux.

Un système d'exploitation quantique fonctionnel doit donc être capable non seulement de programmer un ensemble de calculs, mais aussi 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 d'informatique quantique, QNodeOS constitue une première étape importante dans l'expansion de l'informatique quantique des laboratoires vers les applications pratiques.

Avec le SDK (kit de développement logiciel) des entreprises d'informatique quantique, il s'agira probablement de la base des premières applications quantiques conviviales pour les développeurs. Cela devrait permettre de généraliser l'utilisation de l'informatique quantique au-delà d'un groupe restreint de spécialistes, à tous les analystes et chercheurs intéressés par l'exploitation de cette forme très particulière d'informatique dans leur travail.

Investir dans le Quantum Informatique

IonQ

IonQ est une société d'informatique quantique qui utilise la technologie des ions piégés. Elle a été fondée par des scientifiques pionniers de l'Université du Maryland et de l'Université Duke. Elle a été cotée à la bourse de New York en 2021.

Les plateformes d'informatique quantique IonQ sont capables de produire un résultat d'une fidélité de 99,9%. Elle utilise actuellement une chaîne de 64 ions de baryum, produisant un qubit algorithmique (AQ) de 36.

The chain organization allows for much quicker computing than other trapped-ion designs without losing fidelity. This comes on top of trapped-ion being by far the most reliable design of quantum computers.

Source : IonQ

IonQ a acquis Qubitekk en janvier 2025.Qubitekk, qui ajoute à ses opérations l'équipe de l'entreprise et 118 brevets à IonQ. Qubitekk est spécialisée dans les réseaux quantiques, utilisant des interconnexions photoniques, permettant des clusters quantiques et faisant progresser les capacités de l'internet quantique.

Quantum networks should facilitate highly secured communications and ultimately allow for distributed quantum computing. Considering how quickly the field is moving, expertise and IPs on this topic might prove crucial for IonQ’s future.

IonQ développe un partenariat avec NKT Photonics (NKT.CO) pour contribuer au développement de futurs ordinateurs quantiques prêts pour les centres de données.

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

Au lieu de développer son propre kit de développement logiciel (SDK), l'entreprise prend en charge tous les principaux kits en même temps et s'associe à de nombreuses entreprises de premier plan pour développer de nouvelles applications d'informatique quantique.

Source : IonQ

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

C'est pourquoi, avec son concurrent Quantinuum, qui fait partie de Honeywell (HON +0.3%)IonQ se rapproche du développement d'ordinateurs quantiques commerciaux, en se concentrant sur des systèmes d'ions piégés à haute fidélité et à faible nombre de qubits.

Son succès précoce lui a permis d'établir un solide réseau de partenariats avec d'autres innovateurs dans le domaine de l'informatique quantique afin de continuer à faire progresser cette technologie, avec un recentrage récent sur les ordinateurs quantiques en réseau, ce qui devrait être encouragé par l'émergence d'outils tels que QNodeOS.

Dernières nouvelles de IonQ

Référence de l'étude :

^{1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. Un système d'exploitation pour l'exécution d'applications sur des nœuds de réseaux quantiques. Nature 639, 321–328 (2025).}