Om applicaties op quantumnetwerken te kunnen draaien, is een toegankelijk besturingssysteem nodig. Onderzoekers van onder andere de TU Delft presenteren hiervan een eerste versie.

Ooit, dat wil zeggen tot zo’n tachtig jaar geleden, konden computers alleen gegevens opslaan of berekeningen doen als er met de hand een hele serie knoppen op exact de juiste wijze werd omgezet. Computerwetenschappers bedienden de hardware rechtstreeks, en creëerden zo zelf de reeksen enen en nullen waaruit de informatie bestaat.

Later kwam er software, een soort tolk tussen de hardware en de gebruiker. Met een programmeertaal, die moest voldoen aan strakke voorgeschreven regels, konden experts ‘recepten’ schrijven die de computer vertelden wat deze precies moest doen. Kennis van die taal – zoals Fortran, C of later het gebruikersvriendelijker Python – was onontbeerlijk, kennis van de hardware niet meer nodig. Nog later kregen mensen de beschikking over apps, waarmee computers en smartphones op basis van intuïtie zijn te bedienen.

Besturingssysteem

De allernieuwste rekenmachines, quantumcomputers, zitten nog ergens in het beginstadium van deze ontwikkeling. Dat geldt vooral voor quantumnetwerken, waarbij verschillende quantumprocessoren met elkaar zijn verbonden en de knooppunten zich dus op verschillende locaties bevinden.

Deze maand is in dit proces een nieuwe mijlpaal bereikt. Een team onderzoekers van het Europese onderzoeksinitiatief Quantum Internet Alliance, deels van de TU Delft, presenteerde in het wetenschappelijke tijdschrift Nature het eerste besturingssysteem voor quantumnetwerken. Zo’n besturingssysteem is vergelijkbaar met Windows op klassieke computers of Android op smartphones.

QNodeOS

Met dit besturingssysteem, QNodeOS, is het voor het eerst mogelijk om op eenvoudige wijze applicaties op een quantumnetwerk te programmeren en uit te voeren, vertelt de leider van het onderzoek, Stephanie Wehner van het quantumtechnologie-onderzoeksinstituut QuTech van de TU Delft, in een online nieuwsbericht van de TU Delft.

Ook in dit geval is kennis van de hardware niet nodig. Dat opent de weg voor de ontwikkeling van software die quantumnetwerktechnologie dichter bij de samenleving kan brengen.

‘Hiermee kunnen ontwikkelaars zich concentreren op hun code in plaats van de details van de hardware’, zegt Bart van der Vecht, promovendus bij QuTech, in het bericht van de TU Delft. ‘Dat maakt het makkelijker om met nieuwe soorten applicaties te komen, misschien zelfs applicaties die we ons op dit moment nog niet kunnen voorstellen.’

Quantum

Quantumnetwerken zijn veelbelovend, wordt altijd benadrukt, omdat bij quantumdeeltjes verstrengeling (entanglement) optreedt. De deeltjes hebben – ook op afstand – een band waardoor de toestand van de één rechtstreeks beïnvloed wordt door de toestand van de andere. Zo kunnen verschillende computers op afstand met elkaar communiceren – al zijn er meerdere verstrengelde knooppunten nodig om de informatie een lange afstand te laten overbruggen. Op dit moment bedraagt de langste quantumverbinding tussen twee steden, namelijk Den Haag en Delft, een afstand van tien kilometer.

‘Dat is dus de verste verbinding op basis van technologie die voor grootschalige quantumnetwerken en quantumapplicaties nodig is’, mailt Van der Vecht. ‘Technisch gezien zijn er ook al quantumverbindingen van honderden kilometers, bijvoorbeeld via satellieten, maar die zijn niet algemeen genoeg voor het soort quantumnetwerken en -applicaties waar QNodeOS voor is bedoeld.’

Een veel genoemde toepassing van quantumcomputers en -netwerken is het generen van onkraakbare encryptiesleutels voor het delen van vertrouwelijke gegevens. Daarnaast zijn ze voor sommige toepassing miljoenen keer sneller dan klassieke computers.

Toekomst

De volgende stap in het onderzoek van QIA is het breed toegankelijk maken van QNodeOS. Een van de manieren om dit te doen, is door QNodeOS te gebruiken op de Quantum Network Explorer, QuTech's demo van een quantuminternet. Dit zal een bredere groep experts in staat stellen met QNodeOS te experimenteren en software voor quantumnetwerken te schrijven.

 

Openingsbeeld: TU Delft