Informatique
QNodeOS: Premier système d’exploitation révolutionnant les réseaux quantiques
L’essor soudain de l’informatique quantique
L’informatique quantique a réalisé des progrès considérables ces derniers mois.
Cela a commencé avec Google’s Willow en décembre 2024, peut-être le premier processeur quantique évolutif. Ensuite, il y a eu l’annonce du premier calcul quantique distribué sur un lien de réseau optique, ouvrant la voie à la mise en réseau d’ordinateurs quantiques comme les ordinateurs classiques dans des serveurs dédiés.
Ensuite, c’était au tour de Microsoft, avec son puce Majorana 1 utilisant un état de la matière entièrement nouveau, les topoconducteurs.
Il est également devenu clair que la voie s’ouvrait pour relier plusieurs ordinateurs quantiques.
Avec, en même temps, des puces plus puissantes et plus fiables, et plus d’interconnexions, il est clair que la capacité de calcul des systèmes quantiques va exploser très bientôt.
La prochaine phase de l’informatique quantique
Alors que les problèmes matériels sont en train d’être résolus, le secteur de l’informatique quantique va traverser 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, fabriqués sur mesure, comme ceux des années 1940 et 1950, et que nous entrons dans la phase de commercialisation.
Ceci sera caractérisé à la fois par :
- Une ère de construction de gros ordinateurs, avec des ordinateurs massifs utilisés principalement à des fins de recherche, de défense ou commerciales.
- De nouvelles applications pour ces nouveaux appareils sont découvertes quasi quotidiennement.
- Le développement de langages de programmation, de systèmes d’exploitation et d’outils pour mieux exploiter la puissance de calcul de l’ordinateur quantique.
Un pas solide 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), de l’Ecole normale supérieure (France), avec la création d’un système d’exploitation quantique (OS)1.
Ce travail a été publié dans la revue prestigieuse Nature, sous le titre “Un système d’exploitation pour exécuter des applications sur des nœuds de réseau quantique”.
Ce projet a été créé sous l’égide de l’Alliance pour l’Internet quantique (QIA), une initiative européenne visant à créer un prototype de réseau Internet quantique.
Rendre l’informatique quantique accessible
Les premiers ordinateurs étaient programmés par des spécialistes en électronique, qui comprenaient les complexités des tubes à vide et du matériel des premiers ordinateurs.
Cela a changé, la programmation devenant progressivement un domaine indépendant, avec des programmeurs n’ayant pas besoin de comprendre le fonctionnement de l’ordinateur pour effectuer des calculs.
Compte tenu de la complexité des systèmes d’informatique quantique, jusqu’au point d’inventer un nouvel état de la matière dans le cas de Majorana 1, il est raisonnable de s’attendre à ce que les programmeurs aient besoin d’un ensemble d’outils similaires pour gérer la programmation des ordinateurs quantiques.
C’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 irrationnel de s’attendre à ce que les scientifiques, déjà obligés de rester au sommet de leur domaine, deviennent également des experts en matériel quantique.
“Le système est comme le logiciel sur 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 de réseau et le logiciel, le système d’exploitation permettra aux développeurs de créer des applications avec facilité et sur une large gamme de solutions matérielles.
Ignorer le matériel
L’interconnexion d’ordinateurs quantiques a jusqu’à présent été réalisée au niveau du matériel, en atteignant l’intrication de particules à travers un réseau de fibres optiques et de téléportation quantique.
Pour être vraiment utile, un réseau quantique aura besoin d’un niveau de mise en réseau indépendant du matériel, plus similaire à la façon dont les ordinateurs interagissent actuellement les uns avec les autres avec des transferts de messages.
Source: Nature
Ainsi, les chercheurs ont créé QNodeOS, un système d’exploitation dédié à “parler” au matériel quantique et à rendre possible la programmation et l’interaction via des méthodes de mise en réseau normales.
“L’objectif de notre recherche est d’apporter la technologie de réseau quantique à tous. Avec QNodeOS, nous faisons un grand pas en avant. Nous rendons possible – pour la première fois – de programmer et d’exécuter des applications sur un réseau quantique facilement.
Notre travail crée également un cadre ouvrant entièrement de nouveaux domaines de recherche en informatique quantique.”
Prof. Dr. Stephanie Wehner – Professeure de sciences de l’informatique quantique à TU Delft
La raison pour laquelle on ignore le matériel utilisé est également que un véritable Internet quantique inclura probablement de nombreuses technologies sans rapport, de la même manière que l’Internet actuel a des interactions entre les PC, les Mac, les smartphones, les serveurs, etc.
Seule la création d’une couche intermédiaire d’abstraction, fonctionnant avec tout le matériel quantique, peut permettre un certain niveau d’uniformité et d’interaction durable.
Les chercheurs ont testé leurs méthodes en connectant deux nœuds de réseau quantique basés sur des centres de vide 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 40Ca+.
“Nos processeurs à ions piégés fonctionnent fondamentalement différemment de ceux basés sur les centres de couleur dans le diamant, et nous avons montré que QNodeOS peut fonctionner avec les deux.”
Tracy Northup – Professeure à l’Université d’Innsbruck, en Autriche.
Construire un système d’exploitation quantique
Planification du calcul quantique
Un problème majeur pour toute interaction entre l’informatique classique et quantique dans un réseau est la différence d’échelle de temps.
Les réseaux auront des temps de latence en millisecondes ; pendant ce temps, les ordinateurs quantiques ont des temps de traitement en microsecondes (mille fois plus courts) et nécessitent une précision en nanosecondes pour les commandes du calcul quantique (un million de fois plus courts).
Le même problème d’échelle de temps est vrai pour la rétention de 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 avec précision quand 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 l’horaire du réseau.
Bien que le concept soit relativement simple, sa mise en œuvre dans des termes pratiques est tout sauf facile.
Source: Nature
Calcul quantique multitâche
Puisqu’une puce quantique individuelle devra rester inactives la plupart du temps, en attendant que le ping du réseau se synchronise avec les autres nœuds quantiques, la meilleure utilisation du matériel est de le faire fonctionner sur plusieurs tâches en parallèle.
Sinon, le surcroît de puissance de calcul provenant de la mise en réseau sera compensé par un taux d’utilisation très faible du matériel coûteux.
Un système d’exploitation quantique fonctionnel doit donc être capable de gérer non seulement une série 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 d’informatique quantique, QNodeOS est une première étape importante dans l’expansion de l’informatique quantique des laboratoires aux applications pratiques.
Avec le kit de développement logiciel (SDK) des sociétés de calcul quantique, cela devrait être la base des premières applications quantiques conviviales pour les développeurs. Cela devrait à son tour aider à généraliser l’utilisation du calcul quantique au-delà d’un petit groupe de spécialistes, à tous les analystes et chercheurs souhaitant exploiter cette forme très spéciale de calcul dans leur travail.
Investir dans l’informatique quantique
IonQ
(IONQ )
IonQ est une société de calcul quantique qui utilise la technologie d’ions piégés, fondée par des scientifiques pionniers dans le domaine de l’Université du Maryland et de l’Université Duke. Elle a été cotée en bourse à la NYSE en 2021.
Les plates-formes de calcul quantique d’IonQ sont capables de produire un résultat avec une fidélité de 99,9 %. Elle utilise actuellement une chaîne de 64 ions de baryum, produisant un qubit algorithmique (AQ) de 36.
L’organisation de la chaîne permet un calcul beaucoup plus rapide que d’autres conceptions d’ions piégés sans perdre de fidélité. Cela s’ajoute au fait que 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 et 118 brevets à IonQ. Qubitekk est spécialisé dans les réseaux quantiques, en utilisant des interconnects photoniques, en permettant des grappes quantiques et en améliorant les capacités d’Internet quantique.
Les réseaux quantiques devraient faciliter les communications hautement sécurisées et permettre à terme le calcul quantique distribué. Compte tenu de la rapidité avec laquelle le domaine évolue, l’expertise et les brevets sur ce sujet pourraient s’avérer cruciaux pour l’avenir d’IonQ.
IonQ développe un partenariat avec NKT Photonics (NKT.CO) pour aider à développer des ordinateurs quantiques prêts pour les centres de données.
Elle collabore également avec Imec sur les circuits intégrés photoniques et la technologie de piège d’ions à l’échelle de la puce pour augmenter le nombre de qubits et la taille du système, ainsi que pour réduire les coûts.
Au lieu de développer son propre kit de développement logiciel (SDK), la société soutient tous les kits majeurs à la fois et s’associe à de nombreuses sociétés de premier plan pour développer de nouvelles applications de calcul quantique.
Source: IonQ
IonQ est la société la plus proche d’une action pure de calcul quantique pour les investisseurs qui ne sont pas intéressés par les activités principales des autres leaders comme Google, Intel, IBM ou Honeywell.
Ainsi, avec son concurrent Quantinuum, qui fait partie de Honeywell (HON ), IonQ est plus proche de développer des ordinateurs quantiques commerciaux, avec son accent sur des systèmes d’ions piégés à haute fidélité et à faible nombre de qubits.
Son succès précoce l’a aidée à construire un solide réseau de partenariats avec d’autres innovateurs en calcul quantique pour continuer à faire progresser cette technologie, avec un récent recentrage sur les ordinateurs quantiques en réseau, ce qui devrait être encore encouragé par l’émergence d’outils comme QNodeOS
Dernières nouvelles sur IonQ
Étude de référence :
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).
