컴퓨팅
QNodeOS: 최초의 운영 체제, 양자 네트워킹을 혁신하다
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
양자 컴퓨팅의 급격한 급증
Quantum computing has been making strides these last months.
2024년 12월에 발표된 Google의 Willow가 시작점이었으며, 이는 아마도 최초의 확장 가능한 양자 칩일 것입니다. 이어서 광 네트워크 링크를 통한 최초의 분산 양자 컴퓨팅 소식이 전해졌으며, 이는 양자 컴퓨터를 전용 서버의 일반 컴퓨터처럼 네트워크에 연결할 수 있는 길을 열었습니다.
Microsoft의 차례, 그들의 전혀 새로운 물질 상태를 이용한 Majorana 1 칩, 토포컨덕터.
또한 다중 양자 컴퓨터를 함께 네트워크화하는 길이 열리고 있음이 분명해졌습니다.
동시에 더 강력하고 신뢰할 수 있는 칩과 더 많은 상호 연결이 이루어지면서, 양자 시스템의 계산 능력이 곧 폭발적으로 증가할 것이 명백합니다.
양자 컴퓨팅의 다음 단계
As the hardware issues are getting solved, the quantum computing sector is going to pass through similar stages as classical computing went. This means that we are exiting the era of experimental devices and ultra-specialized, custom-made systems like the 1940s and 1950s and entering the commercialization stage.
This would be characterized at once by:
- 연구, 방위 또는 비즈니스 목적에 주로 사용되는 대형 컴퓨터를 갖춘 운영 메인프레임 구축 시대.
- 이 새로운 장치들을 위한 새로운 응용 프로그램이 거의 매일 발견됩니다.
- 양자 메인프레임의 계산 능력을 보다 잘 활용하기 위한 프로그래밍 언어, 운영 체제 및 기타 도구의 개발.
그 방향으로 확고한 발걸음은 네덜란드 델프트 공과대학, 오스트리아 인스브루크 대학, 프랑스 소르본 대학교, 프랑스 에콜 노르말 쉬페리외르 연구원들이 양자 운영 체제(OS)1를 만든 것으로 이루어졌습니다.
This work was published in the prestigious review Nature, under the title “An operating system for executing applications on quantum network nodes”.
This project was created under the Quantum Internet Alliance (QIA), a European initiative looking to create a prototype quantum internet network.
양자 컴퓨팅을 접근 가능하게 만들기
The very first computers were programmed by electronic specialists, who understood the complex ins and outs of vacuum tubes and the hardware of the first mainframe computers.
This changed, with programming progressively becoming an independent field, with programmers not having to understand how the computer works to make it perform calculations.
양자 컴퓨팅 시스템이 매우 복잡하고, Majorana 1의 경우 완전히 새로운 물질 상태를 발명한 점을 고려하면, 프로그래머가 양자 컴퓨터를 다루기 위해 유사한 도구 세트를 필요로 할 것이라고 기대하는 것이 합리적입니다.
특히 양자 컴퓨팅의 대부분 응용 분야가 생물학, 물리학, 재료 과학, 화학, 암호학 등 매우 복잡한 과학 분야에 속하기 때문에, 해당 분야의 전문가들이 동시에 양자 하드웨어 전문가가 되기를 기대하는 것은 비현실적입니다.
“이 시스템은 집에 있는 컴퓨터의 소프트웨어와 같습니다: 하드웨어가 어떻게 작동하는지 알 필요 없이 사용할 수 있습니다.
네트워킹 하드웨어와 소프트웨어 사이의 장벽을 본질적으로 제거함으로써, 운영 체제는 개발자들이 다양한 하드웨어 솔루션 전반에 걸쳐 손쉽게 애플리케이션을 만들 수 있게 해줍니다.
하드웨어 무시하기
The interconnection of quantum computers has so far been at the hardware level, 광섬유 네트워크와 양자 텔레포테이션을 통한 입자 얽힘 달성.
실제로 유용하려면, 양자 네트워크는 하드웨어에 구애받지 않는 네트워킹 수준이 필요하며, 이는 현재 컴퓨터들이 메시지 전송을 통해 상호 작용하는 방식과 더 유사합니다.
출처: Nature
그래서 연구원들은 QNodeOS, 양자 하드웨어와 “대화”하고 일반 네트워킹 방식을 통해 프로그래밍 및 상호 작용을 가능하게 하는 운영 체제를 만들었습니다.
“우리 연구의 목표는 양자 네트워크 기술을 모두에게 제공하는 것입니다. QNodeOS와 함께 우리는 큰 도약을 이루고 있습니다. 처음으로 양자 네트워크에서 애플리케이션을 손쉽게 프로그래밍하고 실행할 수 있게 만들었습니다.
우리의 연구는 양자 컴퓨터 과학의 완전히 새로운 분야를 열어주는 프레임워크도 구축합니다.
어떤 하드웨어를 사용하는지를 무시하는 이유는 실제 양자 인터넷이 현재 인터넷이 PC, Mac, 스마트폰, 서버 등 다양한 기술이 상호 작용하는 것처럼 여러 서로 다른 기술을 포함할 가능성이 높기 때문입니다.
모든 양자 하드웨어와 작동하는 추상화 중간 계층을 만들 때만 일정 수준의 일관성과 상호 작용을 지속적으로 달성할 수 있습니다.
연구원들은 다이아몬드의 질소-공공(NV) 중심을 기반으로 한 두 개의 양자 네트워크 노드를 연결하여 방법을 테스트했습니다. 그런 다음 단일 40Ca+ 원자를 기반으로 한 트랩 이온 양자 네트워크 노드용 QNodeOS 추가 드라이버를 추가했습니다.
“우리의 트랩 이온 프로세서는 다이아몬드의 컬러 센터 기반과 근본적으로 다르게 작동하지만, QNodeOS가 두 종류 모두에서 작동할 수 있음을 보여주었습니다.”
양자 OS 구축
양자 계산 스케줄링
A major issue for any interaction between classical and quantum computing in a network is the difference in time scales.
네트워크는 밀리초 단위의 핑을 갖지만, 양자 컴퓨터는 마이크로초(천 배 짧음) 수준의 처리 시간을 가지고, 양자 계산 제어를 위해서는 나노초 수준의 정밀도가 필요합니다.
동일한 시간 프레임 문제는 메모리 유지에도 적용되며, 대부분의 양자 시스템은 고전 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 양자 특성을 잃습니다.
이러한 이유로 양자 OS는 네트워크 각 노드에서 양자 컴퓨터가 얽힘을 유발하는 시점을 매우 정확하게 스케줄링해야 합니다.
궁극적으로 이는 로컬 양자 연산의 실행이 네트워크 스케줄에 의존한다는 것을 의미합니다.
개념은 비교적 단순하지만, 실제 구현은 결코 쉽지 않습니다.
출처: Nature
다중 작업 양자 계산
개별 양자 칩은 대부분의 시간을 네트워크 핑이 다른 양자 노드와 동기화될 때까지 대기해야 하므로, 하드웨어를 최적으로 활용하려면 여러 작업을 병렬로 수행하도록 하는 것이 좋습니다.
그렇지 않으면 네트워킹을 통한 추가 연산 능력이 비싼 하드웨어의 매우 낮은 사용률에 의해 상쇄될 것입니다.
따라서 기능적인 양자 OS는 단일 계산 집합을 스케줄링하는 것뿐만 아니라, 프로세스, 양자 메모리 관리, 얽힘 요청 등을 포함한 다수의 프로그램을 병렬로 처리할 수 있어야 합니다.
출처: Nature
미래 응용 분야
By providing a common software layer compatible with different quantum computing hardware, QNodeOS is an important first step in the expansion of quantum computing from labs to practical applications.
Together with SDK (software development kit) from quantum computing firms, this will likely be the basis of the first developer-friendly quantum apps. This in turn should help generalize the utilization of quantum computing beyond a narrow group of specialists, to all analysts and researchers interested in leveraging this very special form of computing into their work.
양자 컴퓨팅에 투자하기
IONQ 가격 차트
IonQ는 트랩 이온 기술을 사용하는 양자 컴퓨팅 회사로, 메릴랜드 대학과 듀크 대학의 선구적인 과학자들에 의해 설립되었습니다. 2021년에 뉴욕증권거래소에 상장되었습니다.
IonQ의 양자 컴퓨팅 플랫폼은 99.9%의 충실도 결과를 제공할 수 있습니다. 현재 64개의 바륨 이온 체인을 사용하여 36개의 알고리즘 큐비트(AQ)를 생성합니다.
이 체인 구조는 다른 트랩 이온 설계보다 훨씬 빠른 연산을 가능하게 하면서도 충실도를 유지합니다. 또한 트랩 이온은 현재까지 가장 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터 설계입니다.
출처: IonQ
IonQ는 2025년 1월 Qubitekk를 인수했습니다, 이를 통해 회사 팀과 118개의 특허를 IonQ에 추가했습니다. Qubitekk는 광자 인터커넥트를 활용한 양자 네트워크, 양자 클러스터 구현 및 양자 인터넷 기능 향상을 전문으로 합니다.
양자 네트워크는 고도로 보안된 통신을 촉진하고 궁극적으로 분산 양자 컴퓨팅을 가능하게 해야 합니다. 이 분야가 빠르게 발전하고 있음을 고려할 때, 해당 주제에 대한 전문 지식과 특허는 IonQ의 미래에 결정적인 역할을 할 수 있습니다.
IonQ는 미래 데이터 센터용 양자 컴퓨터 개발을 지원하기 위해 NKT Photonics (NKT.CO)와 파트너십을 구축하고 있습니다.
또한 Imec과 협력하여 광자 집적 회로 및 칩 규모 이온 트랩 기술을 개발함으로써 회사의 큐비트 수와 시스템 규모 및 비용을 확대하고 있습니다.
자체 SDK(Software Development Kit)를 개발하는 대신, 회사는 주요 SDK들을 모두 지원하고 있으며, 새로운 양자 컴퓨팅 애플리케이션 개발을 위해 다수의 선도 기업과 파트너십을 맺고 있습니다.
출처: IonQ
IonQ는 Google, Intel (INTC ), IBM, Honeywell 등 다른 주요 기업들의 주요 활동에 관심이 없는 투자자들에게 순수 양자 컴퓨팅 주식에 가장 가까운 기업입니다.
따라서 Honeywell의 일부인 경쟁사 Quantinuum과 함께 (HON ) IonQ는 고충실도, 낮은 큐비트 수의 트랩 이온 시스템에 집중함으로써 상용 양자 컴퓨터 개발에 더 가까워지고 있습니다.
초기 성공을 바탕으로 다른 양자 컴퓨팅 혁신 기업들과 강력한 파트너십 네트워크를 구축했으며, 최근 네트워크화된 양자 컴퓨터에 재초점을 맞추고 있습니다. 이는 QNodeOS와 같은 도구의 등장으로 더욱 장려되어야 합니다.
IonQ 최신 소식
연구 참고:
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).
