Informatique
QNodeOS: Premier système d’exploitation révolutionne le réseau quantique
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L’essor soudain de l’informatique quantique
L’informatique quantique a fait des progrès ces derniers mois.
Tout a commencé avec le Willow de Google en décembre 2024, peut-être le tout premier puce quantique évolutive. Cela a ensuite été suivi par la nouvelle du premier calcul quantique distribué via un lien de réseau optique, ouvrant la voie à la mise en réseau des ordinateurs quantiques comme les ordinateurs classiques dans des serveurs dédiés.
Le tour de Microsoft (MSFT ), avec sa 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, en même temps, des puces plus puissantes et fiables, et davantage d’interconnexions, il est évident 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 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, fabriqués sur mesure comme dans les années 1940 et 1950, pour entrer dans la phase de commercialisation.
Cela serait caractérisé immédiatement par :
- Une ère de grands systèmes opérationnels en cours de construction, avec des ordinateurs massifs principalement utilisés pour la recherche, la défense ou les besoins commerciaux.
- 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.
Une avancée solide dans cette direction a été réalisée 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.
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 la Quantum Internet Alliance (QIA), une initiative européenne visant à créer un réseau prototype d’Internet quantique.
Rendre l’informatique quantique accessible
Les tout premiers ordinateurs étaient programmés par des spécialistes de l’électronique, qui comprenaient les complexités des tubes à vide et le 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 le faire exécuter des calculs.
Compte tenu de la complexité des systèmes d’informatique quantique, jusqu’à l’invention d’un tout 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 similaire pour programmer les ordinateurs quantiques.
C’est d’autant plus vrai que 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 d’attendre des scientifiques, déjà au sommet de leur domaine, qu’ils 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 connaître le fonctionnement du matériel pour l’utiliser.
En supprimant essentiellement la barrière entre le matériel réseau et le logiciel, le système d’exploitation permettra aux développeurs de créer des applications facilement et sur un large éventail de solutions matérielles.
Ignorer le matériel
L’interconnexion des ordinateurs quantiques a jusqu’à présent été au niveau du matériel, réalisant l’intrication de particules via un réseau de fibre optique et la téléportation quantique.
Pour être réellement utile, un réseau quantique devra disposer d’un niveau de mise en réseau indépendant du matériel, plus similaire à la façon dont les ordinateurs interagissent actuellement entre eux via des transferts de messages.
Source: Nature
Ainsi, les chercheurs ont créé QNodeOS, un système d’exploitation dédié à « communiquer » avec le matériel quantique et à rendre possible la programmation et l’interaction via des méthodes de mise en réseau normales.
« Le but de notre recherche est de rendre la technologie des réseaux quantiques accessible 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 de tout nouveaux domaines de recherche en informatique quantique.
Prof. Dr. Stephanie Wehner – Professeure d’informatique quantique à l’Université technique de Delft
La raison d’ignorer le matériel utilisé est également qu’un véritable Internet quantique inclura probablement de nombreuses technologies différentes, de la même manière que l’Internet actuel permet l’interaction entre PC, Mac, smartphones, 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 azote‑vacance (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 des centres colorés dans le diamant, pourtant nous avons démontré que QNodeOS peut fonctionner avec les deux. »
Tracy Northup – Professeur à l’Université d’Innsbruck, Autriche.
Construire un OS quantique
Planification du calcul quantique
Un problème majeur pour toute interaction entre l’informatique classique et 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 le contrôle du calcul quantique (un million de fois plus court).
Le même problème d’échelle de temps est vrai pour 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 OS 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 du planning du réseau.
Bien que le concept soit relativement simple, sa mise en œuvre pratique est loin d’être facile.
Source: Nature
Calcul quantique multitâche
Comme une puce quantique individuelle devra rester inactif 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 la faire travailler sur plusieurs tâches en parallèle.
Sinon, la puissance de calcul supplémentaire fournie par le réseau sera compensée par un taux d’utilisation très faible du matériel coûteux.
Ainsi, un OS quantique fonctionnel doit être capable non seulement de planifier un ensemble de calculs, mais aussi de gérer de nombreux programmes en parallèle, incluant 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 des applications pratiques.
Associé aux SDK (kits de développement logiciel) des entreprises d’informatique quantique, cela constituera probablement la base des premières applications quantiques conviviales pour les développeurs. Cela devrait à son tour aider à généraliser l’utilisation de l’informatique quantique au-delà d’un groupe restreint de spécialistes, à tous les analystes et chercheurs intéressés à exploiter cette forme très particulière d’informatique dans leur travail.
Investir dans l’informatique quantique
IONQ Graphique du prix
IonQ est une entreprise d’informatique quantique qui utilise la technologie des ions piégés, fondée par des scientifiques pionniers du domaine de l’Université du Maryland et de l’Université Duke. Elle a été cotée en bourse sur le NYSE en 2021.
Les plateformes d’informatique quantique d’IonQ sont capables de produire un résultat avec une fidélité de 99,9 %. Elle utilise actuellement une chaîne de 64 ions baryum, produisant un qubit algorithmique de 36 (AQ).
L’organisation en 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 de l’entreprise et 118 brevets. La spécialité de Qubitekk réside dans les réseaux quantiques, utilisant des interconnexions photoniques, permettant des clusters quantiques et faisant progresser les capacités de l’Internet quantique.
Les réseaux quantiques devraient faciliter des communications hautement sécurisées et, en fin de compte, permettre le calcul quantique distribué. Étant donné la rapidité d’évolution du domaine, 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 de futurs ordinateurs quantiques prêts pour les centres de données.
Elle collabore également avec Imec sur les circuits intégrés photoniques et la technologie de piégeage d’ions à l’échelle du puce afin d’augmenter le nombre de qubits, la taille du système et les coûts de l’entreprise.
Au lieu de développer son propre SDK (Kit de développement logiciel), l’entreprise soutient simultanément tous les principaux 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 entreprise d’informatique quantique pour les investisseurs qui ne s’intéressent pas aux activités principales d’autres leaders comme Google, Intel (INTC ), IBM ou Honeywell.
Ainsi, avec son concurrent Quantinuum, filiale de Honeywell (HON ), IonQ se rapproche du développement d’ordinateurs quantiques commerciaux, en se concentrant sur des systèmes à ions piégés à 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 afin de faire avancer cette technologie, avec un recent recent recent (skip). Ce recent re-focus sur les ordinateurs quantiques en réseau devrait être davantage encouragé par l’émergence d’outils comme QNodeOS.
Dernières nouvelles sur IonQ
Référence d’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).
