Ra mắt hệ điều hành máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới

Hiện tại, hầu hết các máy tính lượng tử đều được phát triển để phục vụ một số nhiệm vụ cụ thể như mô phỏng hệ vật lý, nghiên cứu khoa học hay tối ưu hóa, và thường chỉ sử dụng một loại bit lượng tử (qubit) nhất định. Điều này dẫn đến thực tế rằng các hệ thống lượng tử không thể dễ dàng “nói chuyện” với nhau hoặc chia sẻ tài nguyên như các máy tính cổ điển hiện nay.

QNodeOS ra đời để giải quyết chính vấn đề này. Hệ điều hành mới cho phép các máy tính lượng tử khác nhau, dù sử dụng loại qubit nào, đều có thể kết nối, vận hành đồng bộ và điều khiển thông qua cùng một nền tảng trung tâm. Đây là điều mà các hệ điều hành cổ điển như Windows hay macOS chưa từng đối mặt, bởi kiến trúc phần cứng trong thế giới điện toán cổ điển đã được chuẩn hóa tương đối.

QNodeOS hoạt động nhờ sự kết hợp giữa hai bộ xử lý đặc biệt:

• CNPU (Classical Network Processing Unit) – đơn vị xử lý mạng cổ điển.
• QNPU (Quantum Network Processing Unit) – đơn vị xử lý mạng lượng tử.

Hai bộ xử lý này phối hợp để điều khiển các thiết bị lượng tử chuyên biệt, gọi là QDevice. Đây là phần cứng lượng tử chịu trách nhiệm thực thi các thao tác lượng tử như cổng logic, đo đạc và liên kết trạng thái.

Một điểm nhấn quan trọng trong kiến trúc của QNodeOS là sự xuất hiện của QDriver – thành phần trung gian giúp dịch các lệnh lượng tử từ hệ điều hành thành chỉ dẫn cụ thể cho QDevice và ngược lại. Tất cả đều dựa trên kiến trúc lệnh NetQASM, vốn được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng mạng lượng tử.

Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm QNodeOS bằng cách kết nối nhiều máy tính lượng tử khác nhau, sau đó chạy các chương trình kiểm tra tương tự như cách một máy tính cổ điển thực hiện tính toán thông qua điện toán đám mây. Kết quả cho thấy hệ điều hành có thể vận hành hiệu quả, tuy vẫn cần thêm nhiều thử nghiệm để đánh giá độ ổn định ở các khoảng cách xa hơn và với nhiều loại qubit hơn.

Đáng chú ý, nghiên cứu còn chỉ ra rằng nếu tích hợp cả CNPU và QNPU lên cùng một bảng mạch thay vì hai bảng riêng biệt như trước đây, hệ thống sẽ có thể giảm độ trễ xuống tới mili giây – yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất tính toán trong môi trường lượng tử.

Việc ra đời một hệ điều hành có khả năng vận hành trên mọi kiến trúc lượng tử chính là mảnh ghép còn thiếu trong việc hiện thực hóa mạng lưới Internet lượng tử. Một khi các hệ thống lượng tử có thể kết nối, chia sẻ và đồng bộ hóa qua nền tảng chung như QNodeOS, chúng ta có thể hình dung đến một tương lai nơi thông tin được truyền với độ bảo mật tuyệt đối, không thể bị đánh chặn hay giả mạo – điều mà chỉ cơ học lượng tử mới có thể đảm bảo thông qua hiện tượng “rối lượng tử”.

Bên cạnh đó, điện toán phân tán lượng tử cũng sẽ được đẩy mạnh, cho phép xử lý các bài toán phức tạp vượt xa năng lực của siêu máy tính hiện tại. Từ nghiên cứu y học, mô phỏng phân tử, đến tối ưu chuỗi cung ứng hay AI – tất cả sẽ được hưởng lợi từ khả năng liên kết và chia sẻ tài nguyên của các máy tính lượng tử toàn cầu.

QNodeOS không chỉ là một hệ điều hành, mà còn là biểu tượng cho sự tiến hóa tiếp theo của nền công nghệ thông tin – nơi không chỉ các máy tính cổ điển mà cả những siêu máy tính lượng tử cũng có thể “giao tiếp” và hoạt động như một mạng lưới thống nhất. Dù vẫn còn nhiều chặng đường phía trước để hoàn thiện, nhưng rõ ràng, với QNodeOS, nhân loại đã đặt một viên gạch đầu tiên cho kỷ nguyên Internet lượng tử – nơi thông tin không chỉ được xử lý nhanh hơn mà còn an toàn hơn bao giờ hết.

Bài viết liên quan:

• Bài test tiết lộ thời điểm máy tính lượng tử có thể vượt qua cả siêu máy tính
• Google ra mắt chip lượng tử tốc độ “nhanh như chớp”
• [CES 2025] Nvidia trình làng siêu máy tính AI nhỏ nhất thế giới Project Digits, giá 3.000 USD