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.

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.

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.