La nuova collaborazione coniuga i punti di forza dei due leader per progettare una rete connessa di computer quantistici su larga scala e fault-tolerant, prevista i primi anni del 2030
Oggi, IBM e Cisco hanno annunciato l’intenzione di collaborare allo sviluppo delle fondamenta per il quantum computing distribuito in rete, con l’obiettivo di realizzarlo già nei primi anni del 2030. Combinando la leadership di IBM nella creazione di computer quantistici funzionali con le innovazioni di Cisco nel networking quantistico, le due aziende intendono esplorare modalità per scalare computer quantistici di grandi dimensioni e fault-tolerant oltre la già ambiziosa roadmap di IBM. Inoltre, lavoreranno per affrontare le sfide legate alla creazione di un vero e proprio internet quantistico.
Entro cinque anni, IBM e Cisco intendono presentare il primo proof-of-concept di una rete che unisca singoli computer quantistici di grandi dimensioni e fault-tolerant, permettendo loro di lavorare insieme per eseguire calcoli su decine o centinaia di migliaia di qubit. Questa rete consentirebbe di affrontare problemi, utilizzando potenzialmente trilioni di porte quantistiche, le operazioni fondamentali di entanglement necessarie per applicazioni quantistiche rivoluzionarie, come la risoluzione di problemi di ottimizzazione su larga scala o la progettazione di materiali e farmaci complessi.
“La nostra roadmap prevede di realizzare computer quantistici su larga scala e fault-tolerant entro la fine del decennio”, ha dichiarato Jay Gambetta, Direttore di IBM Research e IBM Fellow. “Attraverso la collaborazione con Cisco volta a esplorare come collegare tra loro più computer quantistici in una rete distribuita, intendiamo capire come ampliare ulteriormente la potenza computazionale del quantum. E mentre creiamo il futuro del calcolo, la nostra visione spingerà i confini di ciò che i computer quantistici possono fare all’interno di un’architettura di calcolo ad alte prestazioni”.
“Raggiungere la piena maturità del quantum computing, non significa solo creare macchine individuali più potenti, ma anche connetterle tra loro”, ha dichiarato Vijoy Pandey, GM/SVP di Outshift di Cisco. “IBM sta sviluppando computer quantistici con roadmap ambiziose per espandere le loro capacità, mentre noi forniamo il networking quantistico necessario per farle lavorare in rete. Insieme affrontiamo questo tema come un sistema completo, includendo l’hardware per collegare i computer quantistici, il software per eseguire calcoli distribuiti e l’intelligenza di rete che ne assicura il corretto funzionamento”.
Scalare una rete di quantum computing distribuito
IBM e Cisco intendono esplorare lo sviluppo di hardware e software quantistici in grado di collegare fisicamente più computer quantistici di grandi dimensioni e fault-tolerant, creando così un sistema di quantum computing distribuito in rete.
Le due aziende puntano a realizzare un primo proof-of-concept entro la fine del 2030, per il quale prevedono l’entaglement di qubit provenienti da più computer quantistici separati, collocati in distinti ambienti criogenici. Per raggiungere tale obiettivo, sarà necessario sviluppare nuove tipologie di connessione, inclusi trasduttori microonde-ottici, insieme a un software di supporto dedicato.
La visione Cisco per un data center quantistico si basa su un’architettura per il networking quantistico che potrebbe rendere il quantum computing distribuito una realtà nel prossimo futuro. Questa visione comprende un intero stack hardware e software progettato per preservare gli stati quantistici fragili, distribuire le risorse di entanglement, facilitare la teletrasmissione tra computer quantistici e sincronizzare le operazioni con precisione sub-nanosecondo.
Per scalare il collegamento tra due computer quantistici separati ma fisicamente vicini, IBM e Cisco intendono esplorare possibilità per trasmettere qubit su distanze maggiori, ad esempio tra edifici o data center. Per raggiungere questo obiettivo, le aziende studieranno tecnologie basate su fotoni ottici e trasduttori microonde-ottici, valutando come integrarle in una rete quantistica per trasferire le informazioni quantistiche secondo necessità.
Collegare tra loro più computer quantistici richiederà un’interfaccia adeguata. IBM prevede di realizzare un’unità di networking quantistico (QNU) che fungerà da interfaccia per l’unità di elaborazione quantistica (QPU), con il compito specifico di trasformare le informazioni quantistiche stazionarie nella QPU in informazioni quantistiche “volanti” attraverso la QNU, in modo da poterle poi collegare a più computer quantistici tramite una rete.
La rete quantistica di Cisco avrà l’obiettivo di distribuire l’entanglement a coppie arbitrarie di QNU su richiesta, permettendo il trasferimento delle informazioni quantistiche necessario per un determinato algoritmo o applicazione quantistica. Per raggiungere questo obiettivo, Cisco sta sviluppando un framework software ad alta velocità in grado di riconfigurare continuamente e dinamicamente i percorsi di rete, così da distribuire l’entanglement alle QNU non appena queste completano le loro computazioni parziali.
Le due aziende intendono esplorare come un network bridge, costituito da nuovo hardware e software open-source, possa utilizzare i nodi della rete quantistica di Cisco per collegare numerose QPU di IBM all’interno di un data center tramite l’interfaccia QNU. In futuro, questo approccio potrebbe essere esteso per collegare QPU tra più data center, espandendo così una rete quantistica più ampia su distanze maggiori e gettando le basi per un futuro internet quantistico.
I computer quantistici di IBM collegati tramite questa architettura potrebbero gestire carichi di lavoro estremamente complessi dal punto di vista computazionale, inclusi quelli che richiedono risorse di calcolo ad alte prestazioni nell’ambito di un framework di supercalcolo centrato sul quantum computing.
Per avvicinarsi a questa visione, IBM sta collaborando anche con il Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), guidato dal Fermi National Accelerator Laboratory, nell’ambito della sua partecipazione a quattro dei National Quantum Information Science and Research Centers del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Insieme, IBM e SQMS intendono studiare come utilizzare numerose QNU all’interno dei data center quantistici e prevedono una prima dimostrazione di più QPU collegate entro i prossimi tre anni.
Le basi per un internet quantistico
Creare una rete di quantum computing distribuita e scalabile aprirà la strada a uno spazio computazionale di dimensioni esponenzialmente maggiori e permetterà lo sviluppo di di tecnologie diverse, ponendo le basi per quello che potrebbe diventare un futuro internet quantistico entro la fine degli anni ’30 del 2030.
Un internet quantistico aprirebbe un futuro in cui molte tecnologie distribuite basate sul quantum, come computer quantistici, sensori quantistici e sistemi di comunicazione quantistica, siano connesse tra loro e condividano informazioni su ampie distanze, ad esempio all’interno di un’area metropolitana e, in prospettiva, su scala planetaria. Questa ambiziosa visione potrebbe aprire nuove possibilità, come comunicazioni ultra-sicure o il monitoraggio preciso del clima, del meteo e dell’attività sismica.
Come ulteriore parte della loro attuale intenzione di collaborazione, IBM e Cisco prevedono di co-finanziare ricerche accademiche e progetti collaborativi per far progredire l’ecosistema quantistico, seguendo una lunga tradizione di sostegno alla ricerca in ambito accademico e nei laboratori nazionali.
