Forskare inom Quantum Internet Alliance (QIA) vid TU Delft, QuTech, University of Innsbruck, INRIA och CNRS tillkännagav nyligen skapandet av det första operativsystemet som utformats för kvantnätverk: QNodeOS. Forskningen, som publiceras i Nature, är ett stort steg framåt i arbetet med att omvandla kvantnätverk från ett teoretiskt koncept till en praktisk teknik som kan revolutionera framtidens internet.
”Målet med vår forskning är att göra kvantnätverkstekniken tillgänglig för alla. Med QNodeOS tar vi ett stort steg framåt. Vi gör det möjligt – för första gången – att enkelt programmera och köra applikationer i ett kvantnätverk”, säger Prof. Dr. Stephanie Wehner, professor i kvantdatavetenskap vid TU Delfts forskningsinstitut för kvantteknik QuTech, som ledde studien. ”Vårt arbete skapar också ett ramverk som öppnar helt nya områden för forskning inom kvantdatorvetenskap.”
Sänker trösklarna för utvecklare
Möjligheten att enkelt programmera klassisk datorhårdvara som bärbara datorer eller telefoner har haft en omvälvande inverkan på vår värld och gjort det möjligt att skapa ett brett spektrum av applikationer. ”Systemet är som programvaran på din dator hemma: Du behöver inte veta hur hårdvaran fungerar för att använda den”, säger Mariagrazia Iuliano, doktorand vid QuTech.
Genom att i princip ta bort barriären mellan nätverkshårdvara och programvara kommer operativsystemet att göra det möjligt för utvecklare att enkelt skapa applikationer över ett stort spektrum av hårdvarulösningar, vilket banar väg för utvecklingen av programvara som kan föra kvantnätverkstekniken till samhället.
Ett helt programmerbart operativsystem
Operativsystemet för kvantnätverk, som kallas QNodeOS, är helt programmerbart, vilket innebär att applikationer kan köras på hög nivå, precis som i klassiska operativsystem som Windows eller Android. Till skillnad från tidigare system, som krävde kodning som var specifik för varje experimentuppställning, gör QNodeOS det möjligt att enkelt driva kvantprocessorer i ett nätverk, oavsett vilken hårdvaruplattform som används.
”En sådan arkitektur, som aldrig tidigare har skapats för kvantnätverk, gör det möjligt för utvecklare att fokusera på applikationslogik snarare än hårdvarudetaljer”, förklarar Bart van der Vecht, doktorand vid QuTech. ”Det gör det lättare att komma på nya typer av tillämpningar, varav vissa kanske inte ens går att föreställa sig idag.”
Korresponderande författare Stephanie Wehner och medförfattarna Mariagrazia Iuliano, Carlo Delle Donne och Bart van der Vecht mot en bakgrund av applikationskod på hög nivå som kan köras på kvantnätverkshårdvara genom QNodeOS-stacken. Kredit: Studio Oostrum
Kompatibel med flera olika typer av hårdvara
Kvantnätverksapplikationer skiljer sig från applikationer som körs på en kvantdator, vilket medför unika utmaningar som forskarna var tvungna att övervinna. Till skillnad från kvantdatorer som kör enskilda program kräver kvantnätverksapplikationer att separata program körs oberoende av varandra på olika nätverksnoder – som en klientapp på din telefon och en server i molnet.
Dessa program måste samordnas med varandra genom meddelanden och kvantsammanflätning, en speciell typ av kvantkoppling som ger kvantnätverk deras kraft. QNodeOS löser de unika utmaningar som detta annorlunda paradigm för kvantexekvering innebär.
Forskarna visade att QNodeOS kan fungera med flera olika typer av kvanthårdvara genom att ansluta det till två mycket olika typer av kvantprocessorer. ”Våra processorer för fångade joner fungerar fundamentalt annorlunda än de som baseras på färgcentra i diamant, men vi har ändå visat att QNodeOS kan fungera med båda”, säger Tracy Northup, professor vid University of Innsbruck i Österrike.
Framtiden för kvantnätverk
I skapandet av QNodeOS samlades experter från fysik, datavetenskap och teknik för att ta ett viktigt steg i QIA:s uppdrag att bygga ett skalbart och användbart kvantnätverk som kan stödja verkliga tillämpningar. På denna resa kommer operativsystemet att erbjuda ett avgörande ramverk för fortsatta studier och experiment.
Som ett nästa steg arbetar QIA för att ge världen tillgång till teknikens mjuk- och hårdvarukomponenter. Ett av sätten att göra detta på är att använda QNodeOS på Quantum Network Explorer, QuTechs kvantinternetdemonstrator. Detta kommer att göra det möjligt för en mycket bredare publik att experimentera, innovera och skapa programvara för kvantnätverk, vilket påskyndar utvecklingen inom området.
För mer information se: Stephanie Wehner, An operating system for executing applications on quantum network nodes, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08704-w. www.nature.com/articles/s41586-025-08704-w
