Criado primeiro sistema operacional para redes quânticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/03/2025

Arquitetura do QNodeOS, o primeiro sistema operacional para redes quânticas.
[Imagem: C. Delle Donne et al. - 10.1038/s41586-025-08704-w]

Sistema operacional de rede

Pesquisadores das universidades de Delft (Países Baixos) e Innsbruck (Áustria) deram um grande passo para a transformação das redes quânticas de um conceito teórico em uma tecnologia prática que deverá revolucionar o futuro da internet, criando uma internet quântica.

Eles lançaram o QNodeOS, o primeiro sistema operacional projetado para redes quânticas.

"O objetivo da nossa pesquisa é levar a tecnologia de rede quântica para todos. Com o QNodeOS, estamos dando um grande passo à frente. Estamos tornando possível - pela primeira vez - programar e executar aplicativos facilmente em uma rede quântica," disse a professora Stephanie Wehner. "Nosso trabalho também cria uma estrutura que abre áreas inteiramente novas de pesquisa em ciência da computação quântica."

A capacidade de programar facilmente o hardware da computação clássica foi o passo crucial para disseminar o uso dos computadores eletrônicos tradicionais, permitindo que qualquer pessoa pudesse criar uma ampla gama de aplicativos, operasse esses computadores e os interligasse em redes, tudo sem precisar entender os meandros do próprio hardware e dos diferentes tipos de hardware interligados. O QNodeOS faz o mesmo para o hardware quântico.

"O sistema é como o software em seu computador em casa: Você não precisa saber como o hardware funciona para usá-lo," destacou a pesquisadora Mariagrazia Iuliano, membro da equipe.

Implementação do sistema operacional no processador quântico baseado em qubits de íons aprisionados opticamente.
[Imagem: C. Delle Donne et al. - 10.1038/s41586-025-08704-w]

Rede quântica

O sistema operacional de rede quântica é totalmente programável, o que significa que os aplicativos podem ser executados em alto nível, assim como em sistemas operacionais clássicos, como Windows ou Linux. Diferentemente dos sistemas anteriores, que exigiam uma codificação específica para cada configuração experimental, o QNodeOS torna possível operar processadores quânticos em uma rede com facilidade, independentemente da plataforma de hardware usada.

Ao essencialmente remover a barreira entre hardware e software de rede, o sistema operacional permitirá que os desenvolvedores criem aplicativos com facilidade e em um amplo espectro de soluções de hardware, abrindo caminho para o desenvolvimento de softwares que possam levar a tecnologia de rede quântica para a sociedade.

Isso é crucial em um ambiente que atualmente conta com diversas plataformas de hardware, dos processadores quânticos de recozimento aos processadores universais com sistemas de qubits de fótons de luz, átomos individuais, sistemas supercondutores e qubits moleculares.

"Uma arquitetura assim, que nunca foi criada antes para redes quânticas, permite que os desenvolvedores se concentrem na lógica do aplicativo, em vez de nos detalhes do hardware," disse o pesquisador Bart van der Vecht. "Isso torna mais fácil criar novos tipos de aplicativos, alguns dos quais talvez nem consigamos imaginar hoje."

Paradigma de aplicações para redes quânticas.
[Imagem: C. Delle Donne et al. - 10.1038/s41586-025-08704-w]

Características de uma rede quântica

As aplicações de rede quântica diferem das aplicações que rodam em um computador quântico, introduzindo desafios únicos que os pesquisadores tiveram que superar. Ao contrário dos computadores quânticos, que rodam programas únicos, as aplicações de rede quântica exigem programas separados para executar independentemente em diferentes nós de rede - como um aplicativo cliente no seu telefone e um servidor na nuvem.

Esses programas precisam coordenar-se entre si por meio de mensagens e entrelaçamento quântico, o tipo especial de conexão quântica à distância entre os qubits que dá às redes quânticas seu poder - a informação pode ser manipulada sem que ela tenha que viajar de um lugar para outro.

O QNodeOS resolve os desafios únicos impostos por esse paradigma de execução tão diferente. Ele foi testado na prática conectando dois tipos de processadores quânticos muito diferentes, um que usa qubits de íons aprisionados por feixes de laser e outro que usa qubits naturais do diamante.

Como próximo passo, a equipe está trabalhando na infraestrutura para disponibilizar acesso aos componentes de software e hardware da tecnologia. Uma das maneiras de fazer isso será empregar o QNodeOS no demonstrador de internet quântica da Universidade de Delft, chamado Explorador de Rede Quântica. Isso permitirá que um público muito mais amplo experimente, inove e crie software para redes quânticas, acelerando a evolução do campo.

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