Lộ diện hệ điều hành đầu tiên cho máy tính lượng tử

Không còn là giả tưởng: Hệ điều hành đầu tiên cho máy tính lượng tử đã xuất hiện, mở đường cho Internet lượng tử. QNodeOS được thiết kế để tương thích với mọi loại qubit, không phụ thuộc vào phần cứng cụ thể.

Tuệ Minh (theo QuTech) 25/04/2025 17:20

Nói đến máy tính, người ta thường hay nhắc đến hệ điều hành như Windows, Linnux hay Mac OS. Thế nhưng, tại sao lâu nay giới công nghệ khi nhắc đến máy tính lượng tử chưa hề nhắc đến hệ điều hành?

Thật đơn giản là mặc dù các công ty công nghệ hàng đầu có rất nhiều tiến triển trong phát triển phần cứng thì thứ điều khiển những khối qubit ấy và hàng loạt phần cứng tiền tỷ đi theo vẫn chưa có.

Một bước tiến mang tính bước ngoặt trong ngành công nghệ vừa được công bố: các nhà khoa học đã phát triển hệ điều hành đầu tiên dành riêng cho máy tính lượng tử, mang tên QNodeOS. Không chỉ giúp quản lý các tác vụ lượng tử hiệu quả hơn, QNodeOS còn mở ra triển vọng kết nối các máy tính lượng tử khác nhau thành một mạng lưới - đặt nền móng cho một "internet lượng tử" trong tương lai.

Lo dien he dieu hanh dau tien cho may tinh luong tu

Hệ điều hành đầu tiên dành cho máy tính lượng tử QNode OS được phát triển bởi QuTech. Ảnh: QuTech

Các nhà nghiên cứu của Quantum Internet Alliance (QIA) tại TU Delft, QuTech, Đại học Innsbruck, INRIA và CNRS gần đây đã công bố việc tạo ra hệ điều hành đầu tiên được thiết kế cho mạng lượng tử: QNodeOS. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature đánh dấu bước tiến lớn trong việc chuyển đổi mạng lượng tử từ khái niệm lý thuyết thành công nghệ thực tế có thể cách mạng hóa tương lai của internet.

Khác với máy tính cổ điển, vốn đã có các hệ điều hành phổ biến như Windows hay MacOS, máy tính lượng tử thường được thiết kế cho từng mục đích riêng biệt, chẳng hạn như chạy mô phỏng hay thực hiện một thí nghiệm cụ thể.

Điều này khiến chúng khó kết nối và đồng bộ với nhau, đặc biệt khi mỗi hệ thống sử dụng một loại qubit khác nhau, từ qubit điện tích đến qubit spin trong kim cương.

Lo dien he dieu hanh dau tien cho may tinh luong tu-Hinh-2

Tác giả Stephanie Wehner trái và các đồng tác giả Carlo Delle Donne, Mariagrazia Iuliano và Bart van der Vecht. Ảnh QIA

QNodeOS được thiết kế để tương thích với mọi loại qubit, không phụ thuộc vào phần cứng cụ thể. Nó gồm hai bộ xử lý riêng biệt: CNPU (bộ xử lý mạng cổ điển) chịu trách nhiệm thực thi mã điều khiển truyền thống và QNPU (bộ xử lý mạng lượng tử) đảm nhiệm mã lượng tử. Hai bộ xử lý này phối hợp để điều khiển một thiết bị lượng tử riêng biệt gọi là QDevice -phần cứng thực hiện các phép toán lượng tử như cổng logic, phép đo và rối lượng tử.

Để kết nối với các QDevice khác nhau, QNodeOS sử dụng một thành phần quan trọng: QDriver. Đây là phần duy nhất phụ thuộc vào loại phần cứng lượng tử cụ thể. QDriver đóng vai trò "phiên dịch", chuyển đổi các thao tác lượng tử độc lập với nền tảng từ QNodeOS thành các chỉ thị cụ thể cho từng loại máy, và ngược lại. Cùng với đó là NetQASM, một bộ chỉ thị phổ quát cho các ứng dụng internet lượng tử, giúp việc kết nối trở nên khả thi và nhất quán.

Trong thử nghiệm được công bố ngày 12 tháng 3 trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu đã sử dụng QNodeOS để kết nối hai máy tính lượng tử làm từ kim cương nhân tạo và một máy khác dùng nguyên tử tích điện, rồi chạy thử một chương trình - giống như cách máy tính truyền thống chạy tính toán qua nền tảng điện toán đám mây.

Các nhà nghiên cứu cho biết bước tiếp theo sẽ là mở rộng thử nghiệm với nhiều loại máy tính lượng tử khác nhau và khoảng cách xa hơn giữa các hệ thống. Họ cũng đề xuất cải tiến kiến trúc QNodeOS bằng cách tích hợp CNPU và QNPU trên cùng một bo mạch nhằm giảm độ trễ trong liên lạc giữa hai bộ xử lý.

Việc ra đời hệ điều hành lượng tử không chỉ giúp máy tính lượng tử trở nên đa năng và dễ triển khai hơn, mà còn mở ra khả năng tính toán phân tán lượng tử, từ đó tiến gần hơn tới mạng internet lượng tử - nơi thông tin không còn bị giới hạn bởi tốc độ của cáp quang mà có thể truyền đi tức thời thông qua hiện tượng rối lượng tử. Đây chính là cột mốc đáng nhớ trong hành trình biến công nghệ lượng tử từ lý thuyết thành ứng dụng thực tế.

https://qutech.nl/2025/03/12/qia-researchers-create-first-operating-system-for-quantum-networks/

#Máy tính lượng tử #qubit #hệ điều hành #Lượng tử #Độ không tuyệt đối #Photon

Khám phá trạng thái mới của vật chất - chất lỏng spin lượng tử

Khám phá này có thể mở ra cánh cửa cho những khám phá hơn nữa trong vật lý cơ bản và lượng tử.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Thụy Sĩ và Pháp, cùng với các nhà vật lý lý thuyết ở Canada và Mỹ, bao gồm cả Đại học Rice, tin rằng họ đã tìm thấy bằng chứng về một hiện tượng lượng tử mang tính lý thuyết được gọi là chất lỏng spin lượng tử.

Kham pha trang thai moi cua vat chat - chat long spin luong tu

Trong vật lý vật chất ngưng tụ, chất lỏng spin lượng tử là một pha của vật chất có thể được hình thành bằng cách tương tác các spin lượng tử trong một số vật liệu từ tính nhất định. Ảnh: Rice University

Xem chi tiết

Giao tiếp lượng tử thành hiện thực không tưởng trên cáp quang

Lượng dữ liệu 400 Gbps được truyền qua đoạn cáp quang thông thường dài 30,2km. Đây dường như là điều không tưởng, mở ra cơ hội cho internet với tốc độ...ánh sáng.

Giao tiếp lượng tử sử dụng khái niệm dịch chuyển lượng tử (quantum teleportation), kết hợp rối lượng tử và một kênh truyền cổ điển như Internet để chuyển trạng thái lượng tử của một hạt sang một hạt khác ở khoảng cách xa.

Các kỹ sư tại Đại học Northwestern vừa đạt được bước đột phá lớn trong giao tiếp lượng tử khi truyền dữ liệu lượng tử song song với các kênh dữ liệu cổ điển, cụ thể là cáp quang thông thường.

Giao tiep luong tu thanh hien thuc khong tuong tren cap quang

Giao tiếp lượng tử thực hiện trên cáp quang thông thường mở ra cơ hội đẩy cao tốc độ internet dựa trên hạ tầng hiện có. Ảnh: Light Brake

Bằng cách xác định các bước sóng cụ thể có mức độ nhiễu tối thiểu từ tín hiệu cổ điển, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc truyền dữ liệu lượng tử qua cáp quang dài 30,2km, cùng lúc vận chuyển 400 Gbps dữ liệu cổ điển. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tích hợp công nghệ lượng tử với hạ tầng hiện có.

Giao tiếp lượng tử và hiện tượng rối lượng tử

Công nghệ lượng tử đang trở thành tâm điểm của sự chú ý khi các công ty như Google tuyên bố rằng chip lượng tử mới của họ có thể giải quyết các bài toán mà máy tính cổ điển cần đến 10 tỷ năm mới hoàn thành.

Một trong những hiện tượng quan trọng trong công nghệ lượng tử là rối lượng tử, nơi hai hạt được liên kết với nhau sao cho trạng thái lượng tử của chúng luôn gắn bó, bất kể khoảng cách. Tuy nhiên, điều này không cho phép truyền thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng, đúng với định lý "không truyền thông tin" của vật lý lượng tử.

Theo Jordan Thomas, một trong những tác giả của nghiên cứu, quá trình này hoạt động bằng cách thực hiện phép đo phá hủy (destructive measurement) trên hai photon: một photon mang trạng thái lượng tử và một photon liên kết rối với một photon khác. Kết quả là trạng thái lượng tử được chuyển sang photon còn lại mà không cần di chuyển các photon vật lý.

Giao tiep luong tu thanh hien thuc khong tuong tren cap quang-Hinh-2

Internet lượng tử là mục tiêu của nhóm nghiên cứu. Ảnh: New Scientist

Một thách thức lớn khi triển khai mạng lưới lượng tử toàn cầu là tương thích với các kênh truyền cổ điển. Trong cáp quang, hàng tỷ photon được gửi đồng thời, làm tăng nguy cơ nhiễu.

Nghiên cứu đã tìm ra các bước sóng mà mật độ photon cổ điển thấp hơn, từ đó giảm nhiễu và cho phép photon lượng tử truyền tải hiệu quả hơn. Phép đo Bell (Bell state measurement) được thực hiện tại điểm giữa của cáp quang để tối ưu hóa hiệu quả truyền dữ liệu. Cách tiếp cận này có tiềm năng hỗ trợ hàng terabit dữ liệu cổ điển mỗi giây cùng với giao tiếp lượng tử.

Mặc dù việc áp dụng giao tiếp lượng tử vào thực tế có thể mất nhiều năm hoặc thậm chí hàng thập kỷ, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Prem Kumar rất lạc quan. Các bước tiếp theo trong lộ trình bao gồm sử dụng hai cặp photon rối thay vì một cặp và mở rộng quy mô thử nghiệm lên mạng cáp quang thực tế.

Nghiên cứu này không chỉ là một bước tiến lớn trong lĩnh vực lượng tử mà còn mở ra khả năng kết hợp công nghệ tiên tiến này với các hệ thống hạ tầng hiện có, hứa hẹn cách mạng hóa truyền thông trong tương lai gần.

Mời độc giả xem thêm video "Chất lỏng Sprin lượng tử, tương lai của máy tính lượng tử"

Xem chi tiết

IBM sắp hoàn thiện máy tính lượng tử lớn nhất thế giới

Sau khi kết nối thành công hai chip máy tính lượng tử, IBM đang hướng tới phá vỡ kỷ lục dành cho máy tính lượng tử lớn nhất thông qua kết hợp nhiều chip như vậy.

IBM giới thiệu máy tính lượng tử thương mại đầu tiên cách đây 6 năm. Cỗ máy đó có 20 qubit, và có sẵn để các nhà nghiên cứu sử dụng qua Internet.

Hiện nay, chip lượng tử lớn nhất của công ty mang tên Condor có 1.121 qubit, dù nhà nghiên cứu Jay Gambetta ở IBM cho biết người sử dụng dịch vụ máy tính lượng tử thông thường chỉ làm việc với 100 qubit.

Xem chi tiết

Đọc nhiều nhất

Cách nấu bò kho chuẩn vị, hợp ngày se lạnh ai ăn cũng mê

Một nồi bò kho ngon là sự kết hợp hài hòa giữa thịt bò giàu dinh dưỡng, nguyên liệu tươi và kỹ thuật tẩm ướp tinh tế, tạo nên hương vị đậm đà khó quên.

Cứu sống bệnh nhân ngừng tim, ngừng tuần hoàn ở Hà Tĩnh

Nam bệnh nhân nhập viện trong tình trạng ngừng tim, ngừng tuần hoàn, được các bác sĩ Bệnh viện Đa khoa Hà Tĩnh cấp cứu kịp thời, tái thông mạch vành thành công.

Top thực phẩm giúp tăng kích thước vòng 1 tự nhiên

Kích thước vòng 1 không chỉ phụ thuộc di truyền mà còn chịu tác động từ dinh dưỡng và nội tiết. Bổ sung đúng thực phẩm giúp ngực đầy đặn, săn chắc tự nhiên.