QuTech-onderzoekers presenteren besturingssysteem voor quantumnetwerken

“Wij willen quantumnetwerktechnologie voor iedereen toegankelijk maken”, zegt prof.dr. Stephanie Wehner, hoogleraar quantum computer science aan de faculteit Technische Natuurwetenschappen, directeur van de Quantum Internet Alliantie, en hoofdauteur van het Nature-artikel ‘An operating system for executing applications on quantum network nodes’.

“Wij doen geen quantumcomputing, maar gewoon quantuminternet,” vertelt Wehner vanuit de auto op weg naar huis. “Wij verbinden quantumcomputers en andere quantumapparaten met elkaar over een netwerk. En we hebben nu een besturingssysteem gemaakt waarmee je echt een programma kan draaien op zo’n netwerk.”

Als voorbeeld van een netwerkprogramma noemt ze het gebruik van een webbrowser op een laptop om informatie van het internet te halen. “Eén programma is de webbrowser op jouw computer, het andere is het programma op de webserver. Het bekijken van webpagina’s ontstaat in de samenwerking tussen deze twee programma’s. Een netwerkapplicatie werkt altijd met twee of meer programma’s.”

Wat op een gewoon computernetwerk zo vanzelfsprekend is dat je het niet meer opmerkt, maakt het QNodeOS besturingssysteem nu ook mogelijk voor quantumnetwerken. “Met QNodeOS zetten we een grote stap vooruit”, stelt Wehner. “We maken het mogelijk – voor het eerst – om eenvoudig applicaties op een quantumnetwerk te programmeren en uit te voeren.”

‘QNodeOS vormt de schakel tussen programmeertalen zoals Python en qubits van divers pluimage’

Een quantumnetwerk verbindt meerdere quantumapparaten met elkaar en stelt die in staat quantuminformatie uit te wisselen. Informatieuitwisseling vindt in een klassiek computernetwerk plaats via uitwiseling van bits, in een quantumnetwerk gaat dat met quantumbits of qubits. Zo legden QuTech onderzoekers vorig jaar een quantumverbinding tussen Delft en Den Haag. Quantumnetwerken zijn de basis voor een toekomstig quantuminternet dat, volgens ingewijden, inherent veilig en onkraakbaar zal zijn.

Het besturingssysteem QNodeOS vormt de schakel tussen hogere programmeertalen zoals Python en de qubits van divers pluimage in quantumapparaten. Als demonstratie legden de onderzoekers een verbinding tussen quantumprocessoren in Innsbruck en in Delft.

“Onze trapped-ion processoren hier werken fundamenteel anders dan de processoren op basis van colour centres in diamant in Delft”, vertelt professor Tracy Northup, co-auteur uit Innsbruck. “Toch hebben we kunnen aantonen dat QNodeOS met beide werkte en de twee typen met elkaar kon verbinden.”

“Dit eerste besturingssysteem is een soort framework van wat er is in een quantumnetwerk en hoe dat met elkaar samenhangt”, kijkt Wehner terug. “Nu dat er is lopen we tegen onderzoeksvragen aan die tussen de natuurkunde en de informatica in liggen. Ik vind dat dus superspannend. Zo moet een netwerkprogramma kunnen schakelen tussen applicaties. ‘Scheduling’ heet dat in de informatica. Wij beginnen nu te begrijpen hoe zo’n scheduling in een quantumnetwerk gaat.”