IBM e Cisco uniscono le forze per costruire le basi del futuro del calcolo quantistico distribuito, con l’obiettivo di rendere operativa una rete di computer quantistici collegati già nei primi anni 2030. Una collaborazione che punta a superare i limiti dei singoli sistemi e gettare le fondamenta di un futuro “internet quantistico”.
Una rete quantistica che supera i limiti dei singoli computer
IBM e Cisco hanno annunciato un accordo per sviluppare architetture e tecnologie capaci di connettere tra loro computer quantistici su larga scala. L’obiettivo è andare oltre la roadmap già ambiziosa di IBM e creare un’infrastruttura che renda possibile il funzionamento coordinato di sistemi fault-tolerant composti da decine o centinaia di migliaia di qubit.
Secondo le due aziende, entro cinque anni sarà mostrato il primo proof-of-concept: una rete in grado di collegare più computer quantistici per eseguire operazioni quantistiche su scala enormemente più ampia, potenzialmente fino a trilioni di quantum gate. Questo tipo di potenza computazionale aprirebbe la strada a nuovi traguardi in campi come l’ottimizzazione complessa, la progettazione di materiali avanzati o lo sviluppo di nuovi farmaci.
Come ha spiegato Jay Gambetta, Director of IBM Research, “la nostra roadmap prevede di realizzare computer quantistici su larga scala e tolleranti ai guasti prima della fine del decennio”, aggiungendo che lavorare con Cisco per collegare tra loro questi sistemi in una rete distribuita consentirà di spingere ulteriormente la capacità di calcolo quantistico.
Dal lato Cisco, Vijoy Pandey ha sottolineato che “portare il calcolo quantistico a una scala utile non significa solo costruire macchine individuali più grandi, ma anche connetterle tra loro”. Ha poi aggiunto che IBM sta ampliando i propri computer quantistici secondo una roadmap aggressiva, mentre Cisco porta le tecnologie di rete quantistica necessarie per estenderne le capacità.
Le tecnologie che abilitano un’infrastruttura quantistica distribuita
L’intesa punta a sviluppare hardware e software necessari a un’autentica architettura di calcolo quantistico distribuito. Un traguardo iniziale è previsto entro il 2030, con una dimostrazione di qubit entangled provenienti da computer quantistici separati, collocati in diversi ambienti criogenici.
Per ottenere questo risultato, IBM e Cisco dovranno progettare nuovi tipi di connessioni, come transduttori microonde-ottici e stack software in grado di gestire stati quantici estremamente fragili. La visione di Cisco per un “quantum data center” include un’infrastruttura completa che consenta di preservare gli stati quantici, distribuire risorse di entanglement, attivare teletrasporto quantistico e sincronizzare le operazioni con precisione sub-nanosecondo.
Le due aziende studieranno anche come estendere queste connessioni a distanze maggiori — tra edifici o data center — usando tecnologie ottiche e sistemi basati su fotoni per trasmettere informazione quantistica.
Un ruolo centrale sarà giocato dai Quantum Networking Unit (QNU), che IBM intende sviluppare per trasformare l’informazione quantistica “stazionaria” dei Quantum Processing Unit (QPU) in informazione “volante”, trasmissibile attraverso la rete. Cisco, dal canto suo, sta sviluppando un framework software capace di riconfigurare in modo dinamico i percorsi di rete e distribuire l’entanglement alle QNU quando servono per le diverse fasi degli algoritmi.
Le aziende prevedono inoltre di esplorare un network bridge basato su hardware innovativo e software open-source, progettato per collegare molti QPU IBM all’interno di un unico data center tramite QNU, con la prospettiva di collegare in futuro più data center in un’unica rete quantistica estesa.
Verso l’internet quantistico dei prossimi decenni
IBM sta collaborando anche con il Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), guidato dal Fermilab, per capire quanti QNU possano operare insieme in un quantum data center. Nei prossimi tre anni è prevista una prima dimostrazione con più QPU interconnessi.
La realizzazione di una rete quantistica distribuita aprirebbe la strada a uno spazio computazionale esponenzialmente più grande e allo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche su larga scala. Verso la fine degli anni 2030 potrebbe emergere un primo “internet quantistico”, in cui computer, sensori e sistemi di comunicazione quantistica sono collegati su distanze metropolitane e globali.
Le applicazioni potenziali includono comunicazioni ultra-sicure, monitoraggi climatici e sismici ad altissima precisione e nuovi strumenti per ricerca e industria. IBM e Cisco intendono anche co-finanziare progetti accademici e collaborazioni per far crescere l’intero ecosistema quantistico.
