Bilişim
QNodeOS: Kuantum Ağlarını Devrimleştiren İlk İşletim Sistemi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Kuantum Hesaplamanın Ani Yükselişi
Quantum computing has been making strides these last months.
Bu, Google’ın Willow’ı Aralık 2024’te, belki de ilk ölçeklenebilir kuantum çipi ile başladı. Ardından optik ağ bağlantısı üzerinden ilk dağıtık kuantum hesaplama haberi geldi ve kuantum bilgisayarların normal bilgisayarlar gibi özel sunucularda ağlandırılmasının yolunu açtı.
Bu, Microsoft’un sırası, tamamen yeni bir madde durumu kullanan Majorana 1 çipi, topokonduktörler.
Ayrıca, çoklu kuantum bilgisayarlarını ağlandırmak için yolunun açıldığı da netleşti.
Aynı zamanda daha güçlü ve güvenilir çipler ve daha fazla bağlantı ile kuantum sistemlerinin hesaplama kapasitesinin çok yakında patlayacağı açıktır.
Kuantum Hesaplamanın Bir Sonraki Aşaması
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:
- Araştırma, savunma veya iş amaçları için çoğunlukla kullanılan büyük bilgisayarların inşa edildiği işletimsel ana bilgisayarlar dönemi.
- Bu yeni cihazlar için yeni uygulamalar neredeyse her gün keşfediliyor.
- Kuantum ana bilgisayarının hesaplama gücünden daha iyi yararlanmak için programlama dilleri, işletim sistemleri ve diğer araçların geliştirilmesi.
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 “Kuantum ağ düğümlerinde uygulamaları çalıştırmak için bir işletim sistemi”.
This project was created under the Quantum Internet Alliance (QIA), a European initiative looking to create a prototype quantum internet network.
Kuantum Hesaplamayı Erişilebilir Hale Getirmek
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.
Considering how complex quantum computing systems are, up to the point of inventing an entirely new state of matter in the case of Majorana 1, it is reasonable to expect that programmers will need a similar set of tools to handle programming quantum computers.
This is especially true as most applications of quantum computing are in very complex sciences like biology, physics, material sciences, chemistry, cryptography, etc. So it is unreasonable to expect scientists already having to stay at the top of their domain to also become quantum hardware experts.
“Sistem, evdeki bilgisayarınızdaki yazılım gibi: onu kullanmak için donanımın nasıl çalıştığını bilmenize gerek yok.
Ağ donanımı ile yazılım arasındaki engeli ortadan kaldırarak, işletim sistemi geliştiricilerin uygulamaları kolayca ve geniş bir donanım yelpazesinde oluşturmasına olanak tanıyacak.
Donanımı Görmezden Gelmek
The interconnection of quantum computers has so far been at the hardware level, optik fiber ve kuantum teleportasyonu ağı üzerinden parçacık dolaşıklığı sağlamak.
Gerçekten faydalı olabilmesi için, kuantum ağı donanım bağımsız bir ağ seviyesine ihtiyaç duyacak; bu, bilgisayarların şu anda mesaj transferleriyle birbirleriyle etkileşime girdiği şekle daha benzer olacaktır.
Kaynak: Nature
Bu yüzden araştırmacılar QNodeOS, kuantum donanımıyla “konuşmak” ve normal ağ yöntemleriyle programlama ve etkileşim sağlamak için tasarlanmış bir işletim sistemi yarattılar.
“Araştırmamızın hedefi kuantum ağ teknolojisini herkese ulaştırmak. QNodeOS ile büyük bir adım attık. İlk kez kuantum ağında uygulamaları kolayca programlamak ve yürütmek mümkün hale geliyor.
Çalışmamız ayrıca tamamen yeni kuantum bilgisayar bilimi araştırma alanları açan bir çerçeve oluşturuyor.
Prof. Dr. Stephanie Wehner – TU Delft Kuantum Bilgisayar Bilimi Profesörü
Kullanılan donanımın göz ardı edilmesinin bir nedeni, gerçek bir kuantum İnternetinin muhtemelen birçok farklı teknolojiyi içerecek olmasıdır; tıpkı mevcut İnternetin PC’ler, Mac’ler, akıllı telefonlar, sunucular vb. arasında etkileşime sahip olması gibi.
Sadece tüm kuantum donanımlarıyla çalışan bir ara soyutlama katmanı oluşturarak, belli bir düzeyde tutarlı bir bütünlük ve etkileşim sağlanabilir.
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.”
Kuantum İşletim Sistemi Oluşturmak
Kuantum Hesaplamasını Zamanlama
A major issue for any interaction between classical and quantum computing in a network is the difference in time scales.
Networks will have ping in milliseconds; meanwhile, quantum computers have processing time in microseconds (one thousand times shorter) and require nanoseconds precision for controls of the quantum calculation (one million times shorter).
The same time frame issue is true for memory retention, as most quantum systems lose their quantum properties a lot quicker than classical computers.
For this reason, a quantum OS needs to schedule very precisely when the quantum computers will trigger entanglement in each node of the network.
Ultimately, this means that the execution of local quantum operations will depend on the network schedule.
While the concept is relatively simple, its implementation in practical terms is all but easy.
Kaynak: Nature
Kuantum Hesaplamasını Çoklu Görev Olarak İşleme
Because an individual quantum chip will have to stay idle most of the time, waiting for the network ping to synchronize with other quantum nodes, the best use of the hardware is to get it to work on multiple tasks in parallel.
If not, the extra computing power from networking will be compensated by a very low usage rate of the expensive hardware.
So, a functional quantum OS needs to be able to not only schedule one set of calculations but handle many programs in parallel, including processes, quantum memory management, and entanglement requests.
Kaynak: Nature
Gelecek Uygulamaları
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.
Kuantum Hesaplamaya Yatırım
IONQ Fiyat Grafiği
IonQ, Maryland Üniversitesi ve Duke Üniversitesi’nden öncü bilim insanları tarafından kurulan, tuzak iyon teknolojisi kullanan bir kuantum hesaplama şirketidir. 2021 yılında NYSE’de halka arz edilmiştir.
IonQ kuantum hesaplama platformları %99,9 doğruluk oranı sağlayabiliyor. Şu anda 64-baryum iyon zinciri kullanıyor ve 36 algoritmik kuantum biti (AQ) üretiyor.
Zincir organizasyonu, doğruluk kaybı olmadan diğer tuzak iyon tasarımlarına göre çok daha hızlı hesaplama sağlar. Ayrıca tuzak iyon, kuantum bilgisayarların en güvenilir tasarımıdır.
Kaynak: IonQ
IonQ, Ocak 2025’te Qubitekk’i satın alarak şirketin ekibini ve 118 patenti IonQ’ye ekledi. Qubitekk’in uzmanlığı, fotonik bağlantılar kullanan kuantum ağları, kuantum kümelerini etkinleştirme ve kuantum internet yeteneklerini ilerletme konularındadır.
Kuantum ağları yüksek güvenli iletişimi kolaylaştırmalı ve nihayetinde dağıtık kuantum hesaplamayı mümkün kılmalıdır. Alanın ne kadar hızlı ilerlediği göz önüne alındığında, bu konudaki uzmanlık ve fikri mülkiyetler IonQ’nin geleceği için kritik olabilir.
IonQ, gelecekte veri merkezi uyumlu kuantum bilgisayarları geliştirmek için NKT Photonics (NKT.CO) ile bir ortaklık geliştiriyor.
Kendi SDK’sını (Yazılım Geliştirme Kiti) geliştirmek yerine, şirket aynı anda tüm büyük SDK’ları destekliyor ve yeni kuantum hesaplama uygulamaları geliştirmek için birçok önde gelen şirketle ortaklık kuruyor.
Kaynak: IonQ
IonQ, Google, Intel (INTC ), IBM veya Honeywell gibi diğer liderlerin ana faaliyetlerine ilgi duymayan yatırımcılar için saf bir kuantum hesaplama hissesine en yakın şirkettir.
Bu yüzden rakibi Quantinuum, Honeywell’in bir parçası , IonQ yüksek doğruluklu, daha düşük kuantum bit sayısına sahip tuzak iyon sistemlerine odaklanarak ticari kuantum bilgisayarlar geliştirmeye daha da yaklaşmaktadır.
Erken başarısı, diğer kuantum hesaplama yenilikçileriyle güçlü bir ortaklık ağı kurmasına yardımcı oldu ve bu teknolojiyi ilerletmeye devam ediyor; son zamanlarda ağ tabanlı kuantum bilgisayarlara yeniden odaklanması, QNodeOS gibi araçların ortaya çıkışıyla daha da teşvik edilmelidir.
IonQ’da Son Gelişmeler
Çalışma Referansı:
1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. Kuantum ağ düğümlerinde uygulamaları çalıştırmak için bir işletim sistemi. Nature 639, 321–328 (2025).
