Κβαντική Δικτύωση: Η Cisco επιταχύνει έμπρακτα το Quantum Computing

Με τον ίδιο τρόπο που η Cisco έθεσε τα θεμέλια του Διαδικτύου, τώρα προχωρά στη δημιουργία τεχνολογίας κβαντικής δικτύωσης, που θα αποτελέσει τη βάση για το κβαντικό Διαδίκτυο. Αυτή η πρωτοποριακή τεχνολογία καθιστά το Quantum Computing πρακτικά εφαρμόσιμo πολύ νωρίτερα, συμπιέζοντας χρονοδιαγράμματα αρκετών δεκαετιών σε μόλις 5 έως 10 χρόνια.

Τώρα, η Cisco ανακοινώνει δύο σημαντικές εξελίξεις:

1. Παρουσίαση του Quantum Network Entanglement Chip της Cisco, ενός πρωτοποριακού ερευνητικού προτύπου που επιτρέπει την αναβάθμιση των κβαντικών δικτύων και τη σύνδεση κβαντικών επεξεργαστών για την υλοποίηση εφαρμογών.
2. Εγκαινίαση των Cisco Quantum Labs, του εξειδικευμένου ερευνητικού μας κέντρου στην Σάντα Μόνικα της Καλιφόρνια, όπου επιστήμονες και μηχανικοί αναπτύσσουν τις τεχνολογίες κβαντικής δικτύωσης του μέλλοντος.

Υπερβαίνοντας τα όρια στην κβαντική τεχνολογία

Οι σημερινοί κβαντικοί επεξεργαστές διαθέτουν μόλις μερικές εκατοντάδες qubit, ενώ για χρήσιμες εφαρμογές απαιτούνται εκατομμύρια. Ακόμη και τα πιο φιλόδοξα σχέδια ανάπτυξης κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων προβλέπουν λίγες μόνο χιλιάδες qubit μέχρι το 2030.

Πριν από μερικές δεκαετίες, το κλασικό computing αντιμετώπιζε παρόμοιες προκλήσεις, μέχρι που ξεκινήσαμε να συνδέουμε μικρότερους κόμβους μέσω δικτυακών υποδομών, δημιουργώντας ισχυρά distributed συστήματα σε Data Centers και στο Cloud. Όπως σταδιακά εγκαταλείφθηκαν τα μεγάλα συγκεντρωτικά υπολογιστικά συστήματα κλασικών υπολογιστών, έτσι και το μέλλον των κβαντικών υπολογιστών δεν βρίσκεται σε έναν ενιαίο απομονωμένο υπολογιστή. Αντιθέτως, κλιμακούμενα κβαντικά Data Centers, όπου επεξεργαστές συνεργάζονται μέσω εξειδικευμένων δικτύων, θα αποτελούν τον πρακτικό και υλοποιήσιμο δρόμο του μέλλοντος.

Οι εταιρείες που αναπτύσσουν κβαντικούς επεξεργαστές θα επωφεληθούν από τις τεχνολογίες κβαντικής δικτύωσης της Cisco για να αναβαθμίσουν τα συστήματά τους. Με τη δημιουργία αυτής της υποδομής, η Cisco συμβάλλει στη δυναμική εξέλιξη ολόκληρου του κβαντικού οικοσυστήματος.

Το Quantum Network Entanglement Chip της Cisco

Βασικό στοιχείο της οράματος της Cisco για την κβαντική δικτύωση είναι το Quantum Network Entanglement Chip της Cisco, που αναπτύχθηκε ως πρωτότυπο σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα. Το chip αυτό παράγει κβαντικά συνδεδεμένα φωτόνια που επιτρέπουν στιγμιαία επικοινωνία ανεξαρτήτως απόστασης μέσω κβαντικής τηλεμεταφοράς, όπως το είχε περιγράψει ο Αϊνστάιν ως “παράδοξη δράση από απόσταση."

• Συμβατό με υπάρχουσα υποδομή: Λειτουργεί σε τηλεπικοινωνιακά πρότυπα μήκη κύματος, επιτρέποντας την αξιοποίηση της υπάρχουσας υποδομής οπτικής ίνας.
• Πρακτική ανάπτυξη: Λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου ως μικροσκοπικό Φωτονικό Ολοκληρωμένο Κύκλωμα (Photonic Integrated Chip – PIC), καθιστώντας το κατάλληλο για ανάπτυξη κλιμακούμενων συστημάτων ακόμη και σήμερα.
• Ενεργειακή αποδοτικότητα: Καταναλώνει λιγότερο από 1 mW.
• Υψηλή απόδοση: Παράγει 1 εκατομμύριο ζεύγη υψηλής πιστότητας entanglement pairs ανά κανάλι εξόδου, με ρυθμό έως 200 εκατομμύρια ζεύγη ανά δευτερόλεπτο ανά chip.

Από το Εργαστήριο στην Πραγματικότητα

Παρόλο που σήμερα γιορτάζουμε τα επίσημα εγκαίνια του Cisco Quantum Labs στο Σάντα Μόνικα, η ομάδα μας εργάζεται εδώ και χρόνια πάνω στα θεμέλια της κβαντικής δικτύωσης. Το εργαστήριο λειτουργεί ως χώρος όπου οι ερευνητές πειραματίζονται με λύσεις κβαντικής δικτύωσης που γεφυρώνουν τη θεωρία με την πρακτική εφαρμογή. Η προσέγγισή μας αναλύεται λεπτομερώς σε άρθρο μας στο arXiv με τίτλο «Quantum Data Center Infrastructures», το οποίο περιγράφει την αρχιτεκτονική που απαιτείται για distributed συστήματα κβαντικής υπολογιστικής.

Πέρα από το Quantum Network Entanglement Chip, χρησιμοποιούμε το εργαστήριο για να αναπτύξουμε πρωτότυπα καλύπτοντας επιπλέον υποσυστήματα που απαιτούνται για την  ολοκλήρωση του Networking stack της κβαντικής δικτύωσης. Σε αυτά περιλαμβάνονται entanglement distribution πρωτόκολλα, ένας distributed κβαντικός compiler, ένα Quantum Network Development Kit (QNDK) και ένας Quantum Random Number Generator (QRNG). Περισσότερα στοιχεία της εν λόγω τεχνολογίας, θα ανακοινωθούν σύντομα καθώς ολοκληρώνουμε το όραμά μας για την κβαντική δικτύωση.

Παράλληλα, οι ομάδες της Cisco εφαρμόζουν τα πρότυπα Post-Quantum Cryptography (PQC) του NIST σε ολόκληρο το χαρτοφυλάκιό μας, διασφαλίζοντας ότι τα παραδοσιακά δίκτυα παραμένουν ασφαλή σε ένα μετα-κβαντικό κόσμο.

Ανάπτυξη της Κβαντικής Δικτύωσης σε δύο Στρατηγικούς Άξονες

Η στρατηγική της Cisco για την κβαντική δικτύωση ακολουθεί δύο στρατηγικές κατευθύνσεις:

• Quantum Network for the Quantum World: Αναπτύσσουμε υποδομή για τη σύνδεση κβαντικών επεξεργαστών σε μεγάλη κλίμακα, επιτρέποντας distributed κβαντική υπολογιστική, κβαντική ανίχνευση και αλγορίθμους βελτιστοποίησης που μπορούν να μετασχηματίσουν κρίσιμες εφαρμογές, όπως η ανακάλυψη φαρμάκων, η επιστήμη των υλικών και η διαχείριση σύνθετων θεμάτων της εφοδιαστικής αλυσίδας. Το Quantum Network Entanglement Chip μας, αποτελεί θεμέλιο λίθο αυτής της προσέγγισης.
• Quantum Network for the Classical World: Ενώ οι πρακτικές εφαρμογές της κβαντικής υπολογιστικής μπορεί να απέχουν ακόμη μερικά χρόνια, οι αρχές της κβαντικής δικτύωσης προσφέρουν άμεσα οφέλη και στα κλασικά συστήματα όπως eavesdropper-proof επικοινωνία, υπερ-ακριβής συγχρονισμός ώρας, decision signaling και πιστοποιημένη επαλήθευση τοποθεσίας.

Αυτό που καθιστά ισχυρή την προσέγγισή μας είναι η έμφαση στην ανάπτυξη τόσο του software όσο και του hardware. Αναπτύσσοντας το δικό μας διαδικτυακό hardware, όπως το Quantum Network Entanglement Chip, παράλληλα με τη συνολική πλατφόρμα λογισμικού, ελέγχουμε απόλυτα τo integration, ώστε να δημιουργηθεί μια πλήρης υποδομή κβαντικής δικτύωσης.

Ενώ ορισμένες εταιρείες εστιάζουν αποκλειστικά σε έναν τύπο κβαντικής τεχνολογίας (superconducting, ion trap, ή neutral atom-based systems), η Cisco δημιουργεί ένα Vendor agnostic πλαίσιο που θα μπορεί να λειτουργεί με οποιαδήποτε τεχνολογία κβαντικής υπολογιστικής. Αυτή η προσέγγιση αντικατοπτρίζει το ιστορικό πλεονέκτημα της Cisco στα δίκτυα: Δημιουργούμε το δικτυακό υπόβαθρο που θα επιτρέψει σε όλες τις κβαντικές τεχνολογίες να αναπτυχθούν.