IBM y Cisco anunciaron la intención de colaborar en la base de la computación cuántica distribuida en red, que se realizará tan pronto como a principios de la década de 2030. Al combinar el liderazgo de IBM en la construcción de ordenadores cuánticos útiles con las innovaciones de Cisco en redes cuánticas, las compañías planean explorar cómo escalar ordenadores cuánticos a gran escala y tolerantes a fallos más allá de la ambiciosa hoja de ruta de IBM. Además, trabajarán para resolver desafíos fundamentales hacia una internet de computación cuántica.
En cinco años, IBM y Cisco pretenderán demostrar la primera prueba de concepto de una red que combine ordenadores cuánticos individuales, a gran escala y tolerantes a fallos, permitiéndoles trabajar juntos para realizar cálculos de decenas a cientos de miles de qubits. Esta red permitiría ejecutar problemas con potencialmente billones de puertas cuánticas, las operaciones fundamentales de entrelazamiento necesarias para aplicaciones cuánticas transformadoras como problemas de optimización masiva, o el diseño de materiales y medicamentos complejos.
«En IBM, nuestra hoja de ruta incluye planes para entregar ordenadores cuánticos a gran escala y tolerantes a fallos antes de que termine la década», dijo Jay Gambetta, Director de Investigación de IBM y becario de IBM. «Trabajando con Cisco para explorar cómo conectar múltiples ordenadores cuánticos como estos en una red distribuida, buscaremos cómo escalar aún más la capacidad computacional de la cuántica. Y a medida que construimos el futuro de la computación, nuestra visión empujará las fronteras de lo que los ordenadores cuánticos pueden hacer dentro de una arquitectura de computación de alto rendimiento más amplia.»
«Llevar la computación cuántica a una escala útil no consiste solo en construir máquinas individuales más grandes, sino también en conectarlas entre sí», dijo Vijoy Pandey, director general/vicepresidente senior en Outshift by Cisco. «IBM está construyendo ordenadores cuánticos con hojas de ruta agresivas para la ampliación, y estamos trayendo redes cuánticas que permiten la ampliación. Juntos, estamos resolviendo esto como un problema de sistema completo, incluyendo el hardware para conectar ordenadores cuánticos, el software para ejecutar cálculos entre ellos y la inteligencia de red que los hace funcionar.»
Escalando una red de computación cuántica distribuida
IBM y Cisco pretenden explorar el desarrollo de hardware y software cuántico que puedan enlazar físicamente muchos ordenadores cuánticos a gran escala y tolerantes a fallos para formar la computación cuántica distribuida en red.
Las empresas tienen como objetivo una demostración inicial de prueba de concepto para finales de 2030, para la cual planean entrelazar qubits de varios ordenadores cuánticos separados ubicados en entornos criogénicos distintos. Para ello, las empresas tendrán que inventar nuevas conexiones, incluyendo transductores ópticos de microondas y una pila de software de apoyo.
La visión de Cisco para un centro de datos cuántico introduce una arquitectura para la infraestructura de redes cuánticas que podría hacer realidad la computación cuántica distribuida en un futuro próximo. Esta visión incluye una pila completa de hardware y software que pretende preservar estados cuánticos frágiles, distribuir recursos de entrelazamiento, facilitar la teletransportación entre ordenadores cuánticos y sincronizar operaciones con precisión sub-nanosegundo.
Para escalar más allá de enlazar dos ordenadores cuánticos separados pero físicamente cercanos, IBM y Cisco planean explorar cómo transmitir qubits a distancias más largas, como entre edificios o centros de datos. Para lograrlo, las empresas explorarán tecnologías de transductores ópticos de fotones y microondas, así como cómo pueden incorporarse en una red cuántica para transferir información cuántica según sea necesario.
Enlazar varios ordenadores cuánticos requerirá una interfaz adecuada. IBM planea construir una unidad de red cuántica (QNU) que sirva como interfaz con una unidad de procesamiento cuántico (QPU), con la tarea explícita de tomar información cuántica estacionaria en la QPU y convertirla en información cuántica «voladora» a través de la QNU para luego conectarla a través de múltiples ordenadores cuánticos potencialmente a través de una red.
La red cuántica de Cisco pretendía distribuir los entrelazamientos a pares arbitrarios de estas QNUs bajo demanda para impulsar la transferencia de información cuántica necesaria para un algoritmo o aplicación cuántica dado. Con este objetivo, Cisco está desarrollando un marco de protocolos de software de alta velocidad que puede reconfigurar continuamente y dinámicamente las rutas de red para que los entrelazamientos puedan distribuirse a las QNUs cuando terminen sus cálculos parciales.
Juntas, las empresas planean investigar cómo un puente de red, compuesto por hardware novedoso y software de código abierto, podría utilizar nodos de red cuántica Cisco para enlazar muchas QPUs IBM dentro de un centro de datos a través de su interfaz QNU. En el futuro, este enfoque podría extenderse para conectar las QPUs a través de múltiples centros de datos. Esto escalaría una red cuántica mayor a distancias aún mayores para sentar las bases de un futuro internet de computación cuántica.Los
ordenadores cuánticos IBM conectados por esta arquitectura podrían facilitar cargas de trabajo enormemente exigentes computacionalmente, incluyendo aquellas que requieren recursos computacionales de alto rendimiento como parte de un marco de supercomputación centrado en la computación cuántica.
Con esta visión, IBM también trabaja con el Centro de Materiales y Sistemas Cuánticos Superconductores (SQMS), dirigido por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi, en su papel como miembro de cuatro centros nacionales de Ciencia e Investigación de la Información Cuántica del Departamento de Energía de EE. UU. Juntos, IBM y SQMS tienen la intención de investigar cuántas QNUs podrían utilizarse dentro de los centros de datos cuánticos, y planean una demostración inicial de múltiples QPUs conectadas en los próximos tres años.
Los cimientos de un Internet de Computación Cuántica
Construir una red de computación cuántica distribuida y escalable creará un camino hacia un espacio computacional exponencialmente grande y permitirá la expansión de tecnologías diversas, que podrían comenzar a formar un futuro internet de computación cuántica a finales de la década de 2030.
Un internet de computación cuántica ofrece un futuro en el que muchas tecnologías distribuidas basadas en la cuantía, como ordenadores cuánticos, sensores cuánticos y comunicaciones cuánticas, estarán conectadas y compartan información a través de distancias, como una región metropolitana y, finalmente, a escala planetaria. Esta visión audaz podría facilitar nuevas posibilidades como comunicaciones ultraseguras o monitorización precisa del clima, el clima y la actividad sísmica.
Como parte de su intención actual de colaborar, IBM y Cisco planean cofinanciar investigaciones académicas y proyectos colaborativos para avanzar en el ecosistema cuántico más amplio, tras una larga historia de fomento de la investigación en laboratorios académicos y nacionales.
