Computação
QNodeOS: Primeiro Sistema Operacional Revoluciona a Rede Quântica
O Repentino Surgimento da Computação Quântica
A computação quântica tem avançado significativamente nos últimos meses.
Tudo começou com Willow da Google em dezembro de 2024, talvez o primeiro chip quântico escalável. Em seguida, surgiram as notícias de a primeira computação quântica distribuída através de um link de rede óptica, abrindo caminho para que computadores quânticos sejam interconectados como os convencionais em servidores dedicados.
Também ficou claro que o caminho estava se abrindo para a interconexão de múltiplos computadores quânticos.
Com, ao mesmo tempo, chips mais poderosos e confiáveis, e maior interconexão, fica evidente que a capacidade de computação dos sistemas quânticos explodirá em breve.
A Próxima Fase da Computação Quântica
À medida que os problemas de hardware são resolvidos, o setor de computação quântica passará por estágios semelhantes aos da computação clássica. Isso significa que estamos deixando a era de dispositivos experimentais e sistemas ultra‑especializados, feitos sob medida, como nas décadas de 1940 e 1950, e entrando na fase de comercialização.
Isso seria caracterizado imediatamente por:
- Uma era de mainframes operacionais sendo construídos, com computadores massivos usados principalmente para pesquisa, defesa ou fins comerciais.
- Novas aplicações para esses dispositivos são descobertas quase diariamente.
- O desenvolvimento de linguagens de programação, sistemas operacionais e outras ferramentas para melhor aproveitar o poder de cálculo do mainframe quântico.
Um passo sólido nessa direção foi dado por pesquisadores da Delft University of Technology (Holanda), Universität Innsbruck (Áustria), Sorbonne Université (França) e Ecole Normale Supérieure (França), com a criação de um sistema operacional quântico (OS)1.
Este trabalho foi publicado na prestigiosa revista Nature, sob o título “An operating system for executing applications on quantum network nodes”.
Este projeto foi criado sob a Quantum Internet Alliance (QIA), uma iniciativa europeia que busca criar uma rede protótipo de internet quântica.
Tornando a Computação Quântica Acessível
Os primeiros computadores eram programados por especialistas em eletrônica, que compreendiam os complexos detalhes dos tubos de vácuo e o hardware dos primeiros mainframes.
Isso mudou, com a programação tornando‑se progressivamente um campo independente, permitindo que programadores não precisem entender como o computador funciona para fazê‑lo executar cálculos.
Considerando a complexidade dos sistemas de computação quântica, chegando ao ponto de inventar um estado de matéria totalmente novo no caso do Majorana 1, é razoável esperar que programadores precisem de um conjunto semelhante de ferramentas para programar computadores quânticos.
Isso é ainda mais verdadeiro, pois a maioria das aplicações da computação quântica está em ciências muito complexas como biologia, física, ciência dos materiais, química, criptografia, etc. Portanto, é irrazoável esperar que cientistas, que já precisam estar no topo de suas áreas, também se tornem especialistas em hardware quântico.
“O sistema é como o software do seu computador em casa: você não precisa saber como o hardware funciona para usá‑lo.
Ao remover essencialmente a barreira entre o hardware de rede e o software, o sistema operacional permitirá que desenvolvedores criem aplicações com facilidade e em um amplo espectro de soluções de hardware.
Ignorando o Hardware
A interconexão de computadores quânticos tem sido, até agora, no nível de hardware, alcançando emaranhamento de partículas através de uma rede de fibra óptica e teletransporte quântico.
Para ser realmente útil, uma rede quântica precisará de um nível de rede agnóstico ao hardware, mais semelhante à forma como os computadores atualmente interagem entre si por meio de transferências de mensagens.
Fonte: Nature
Assim, os pesquisadores criaram o QNodeOS, um sistema operacional dedicado a “conversar” com o hardware quântico e tornar possível programar e interagir através de métodos de rede normais.
“O objetivo da nossa pesquisa é levar a tecnologia de rede quântica a todos. Com o QNodeOS estamos dando um grande passo adiante. Estamos tornando possível – pela primeira vez – programar e executar aplicações em uma rede quântica facilmente.
Nosso trabalho também cria uma estrutura que abre áreas totalmente novas de pesquisa em ciência da computação quântica.
Prof. Dr. Stephanie Wehner – Professora de Ciência da Computação Quântica na TU Delft
A razão para ignorar qual hardware é usado também é que uma verdadeira Internet Quântica provavelmente incluirá muitas tecnologias distintas, da mesma forma que a Internet atual tem interação entre PCs, Macs, smartphones, servidores, etc.
Só criando uma camada intermediária de abstração, que trabalhe com todo o hardware quântico, pode‑se alcançar de forma duradoura algum nível de uniformidade e interações.
Os pesquisadores testaram seus métodos conectando dois nós de rede quântica baseados em centros de nitrogênio‑vacância (NV) em diamante. Em seguida, adicionaram um driver extra para o QNodeOS para um nó de rede quântica de íons aprisionados baseado em um único átomo 40Ca+.
“Nossos processadores de íons aprisionados funcionam fundamentalmente de forma diferente daqueles baseados em centros de cor em diamante, porém demonstramos que o QNodeOS pode funcionar com ambos.”
Tracy Northup – Professor na Universidade de Innsbruck, Áustria.
Construindo um Sistema Operacional Quântico
Agendamento de Cálculo Quântico
Um grande problema para qualquer interação entre computação clássica e quântica em uma rede é a diferença nas escalas de tempo.
As redes terão ping em milissegundos; enquanto isso, os computadores quânticos têm tempo de processamento em microssegundos (mil vezes mais curto) e requerem precisão de nanossegundos para o controle do cálculo quântico (um milhão de vezes mais curto).
A mesma questão de escala de tempo vale para a retenção de memória, já que a maioria dos sistemas quânticos perde suas propriedades quânticas muito mais rapidamente que os computadores clássicos.
Por esse motivo, um OS quântico precisa agendar com muita precisão quando os computadores quânticos irão desencadear o emaranhamento em cada nó da rede.
Em última análise, isso significa que a execução de operações quânticas locais dependerá do agendamento da rede.
Embora o conceito seja relativamente simples, sua implementação prática não é nada fácil.
Fonte: Nature
Cálculo Quântico Multitarefa
Como um chip quântico individual precisará ficar ocioso na maior parte do tempo, aguardando o ping da rede para sincronizar com outros nós quânticos, o melhor uso do hardware é fazê‑lo trabalhar em múltiplas tarefas em paralelo.
Caso contrário, o poder computacional extra da interconexão será compensado por uma taxa de uso muito baixa do hardware caro.
Portanto, um OS quântico funcional precisa ser capaz não apenas de agendar um conjunto de cálculos, mas de lidar com muitos programas em paralelo, incluindo processos, gerenciamento de memória quântica e solicitações de emaranhamento.
Fonte: Nature
Aplicações Futuras
Ao fornecer uma camada de software comum compatível com diferentes hardwares de computação quântica, o QNodeOS representa um importante primeiro passo na expansão da computação quântica dos laboratórios para aplicações práticas.
Junto com SDKs (kits de desenvolvimento de software) de empresas de computação quântica, isso provavelmente será a base dos primeiros aplicativos quânticos voltados para desenvolvedores. Isso, por sua vez, deve ajudar a generalizar o uso da computação quântica além de um grupo restrito de especialistas, alcançando todos os analistas e pesquisadores interessados em aplicar essa forma tão especial de computação em seu trabalho.
Investindo em Computação Quântica
IonQ
(IONQ )
IonQ é uma empresa de computação quântica que utiliza tecnologia de íons aprisionados, fundada por cientistas pioneiros na área da Universidade de Maryland e da Duke University. Foi listada publicamente na NYSE em 2021.
As plataformas de computação quântica da IonQ são capazes de produzir resultados com 99,9% de fidelidade. Atualmente utiliza uma cadeia de 64 íons de bário, produzindo um qubit algorítmico de 36 (AQ).
A organização em cadeia permite uma computação muito mais rápida que outros designs de íons aprisionados sem perder fidelidade. Isso se soma ao fato de que a tecnologia de íons aprisionados é, de longe, o design de computadores quânticos mais confiável.
Fonte: IonQ
IonQ adquiriu a Qubitekk em janeiro de 2025, adicionando às suas operações a equipe da empresa e 118 patentes. A especialidade da Qubitekk está em redes quânticas, usando interconexões fotônicas, habilitando clusters quânticos e avançando as capacidades da internet quântica.
As redes quânticas devem facilitar comunicações altamente seguras e, em última instância, permitir a computação quântica distribuída. Considerando a rapidez com que o campo avança, expertise e propriedades intelectuais sobre este tema podem ser cruciais para o futuro da IonQ.
IonQ está desenvolvendo uma parceria com a NKT Photonics (NKT.CO) para ajudar a desenvolver futuros computadores quânticos prontos para data centers.
Também está colaborando com a Imec em circuitos fotônicos integrados e tecnologia de armadilha de íons em escala de chip para aumentar o número de qubits da empresa, bem como o tamanho e os custos do sistema.
Em vez de desenvolver seu próprio SDK (Kit de Desenvolvimento de Software), a empresa está apoiando todos os principais simultaneamente e firmando parcerias com diversas empresas líderes para desenvolver novas aplicações de computação quântica.
Fonte: IonQ
IonQ é a ação de computação quântica mais pura para investidores que não se interessam pelas principais atividades de outros líderes como Google, Intel, IBM ou Honeywell.
Assim, junto com sua concorrente Quantinuum, parte da Honeywell (HON ), a IonQ está mais próxima de desenvolver computadores quânticos comerciais, com foco em sistemas de íons aprisionados de alta fidelidade e menor número de qubits.
Seu sucesso inicial ajudou a construir uma forte rede de parcerias com outros inovadores em computação quântica para continuar impulsionando essa tecnologia, com um recente reenfoque em computadores quânticos em rede, algo que deve ser ainda mais incentivado com o surgimento de ferramentas como o QNodeOS
Novidades sobre a IonQ
Referência do Estudo:
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).
