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IBM y Cisco han anunciado planes para construir conjuntamente una red de computación cuántica distribuida capaz de vincular sistemas tolerantes a fallas a largas distancias. En un anuncio del jueves 20 de noviembre, las empresas dijeron que pretenden demostrar una prueba de concepto de entrelazamiento de dos máquinas para 2030, con el objetivo final de permitir cargas de trabajo cuánticas escalables que abarquen múltiples sitios y procesadores. Si tiene éxito, la colaboración marcaría un cambio en la forma en que se implementan los posibles de computación cuántica, pasando de la escalera de un solo sistema a una inmueble federada capaz de realizar billones de operaciones cuánticas.
La iniciativa combinará el hardware qubit superconductor de IBM con la nueva infraestructura de red de Cisco, incluidos transductores ópticos de microondas, capas de control de red cuántica y protocolos de enrutamiento físico y de software diseñados para la transmisión de estados cuánticos entrelazados.
La inmueble que IBM y Cisco quieren construir
Las ambiciones del dúo se basarán en un maniquí de tres niveles que divide módulos qubit, interfaces de transducción de redes y capas de entrelazamiento óptico. La hoja de ruta de la Dispositivo de Procesamiento Cuántico (QPU) de IBM proyecta máquinas lógicas tolerantes a fallas con varios cientos de qubits lógicos. cada uno de ellos requerirá miles de qubits físicos, para 2030.
El papel de Cisco es vincular estos entornos criogénicos. El entrelazamiento entre procesadores se lograría utilizando pares de fotones compartidos o protocolos de estilo teletransportación, con portadores basados en fotones transmitidos a través de fibra óptica o enlaces potencialmente de espacio autónomo.
Correcto a que los qubits superconductores de IBM operan en la escalera de microondas, mientras que la transmisión a larga distancia favorece las frecuencias ópticas, se necesita un transductor de incorporación eficiencia para convertir la información cuántica de un formato a otro. Ese dispositivo, capaz de preservar la coherencia y las relaciones de etapa entre los dominios óptico y de microondas, tendrá que desarrollarse y es uno de los obstáculos técnicos secreto de la hoja de ruta.
Las empresas dicen que el hito auténtico será vincular dos QPU independientes ubicadas en sistemas criogénicos separados. Esto probará tanto el entrelazamiento del hardware como las capas de sincronización del software. Si tiene éxito, una lectura subida de la inmueble permitiría redes modulares de computación cuántica, donde la computación se distribuye entre muchos nodos pequeños tolerantes a fallas y el entrelazamiento se asigna dinámicamente en función de la estructura del problema que se resuelve.
Por que redes
Ejecutar esos circuitos interiormente de la ventana de coherencia de un solo dispositivo no es factible, incluso en plazos de hardware optimistas. En cambio, la hoja de ruta de IBM asume la coordinación entre procesadores, lo que permite dividir grandes algoritmos en subcircuitos que pueden ejecutarse en QPU separadas. Esto permitiría cargas de trabajo que excedan el recuento de qubits o la fidelidad de puerta de cualquier máquina.
La QNU juega un papel central aquí, actuando como interfaz de entrelazamiento entre las QPU. Si acertadamente algunos de los primeros experimentos en transducción de microondas a óptica se han demostrado en entornos de laboratorio, incluido el Centro SQMS de Fermilab, donde se planea una asociación con IBM, aún faltan abriles para que se produzca el nivel de fidelidad y tasa de error requeridos para la computación distribuida tolerante a fallas.
Las empresas igualmente están trabajando en protocolos de software que gestionen el enrutamiento de entrelazamiento a través de la red. A diferencia de las redes clásicas, donde los bits se pueden duplicar y retransmitir, los sistemas cuánticos dependen de estados efímeros de un solo uso. Eso significa que los enlaces entrelazados deben establecerse exacto a tiempo, gestionados a través de una nueva clase de protocolos de control que coordinan no sólo el flujo de datos razonable sino igualmente el movimiento físico de los estados de los qubits. Cisco dice que contribuirá con un ámbito de protocolo de software de incorporación velocidad para respaldar estas operaciones.
Internet de la computación cuántica
La visión a generoso plazo va mucho más allá de la comunicación entre dispositivos. IBM y Cisco dicen que su hoja de ruta podría tumbarse a un futura Internet cuántica donde los procesadores cuánticos y los enlaces fotónicos entrelazados forman una red a escalera planetaria de posibles físicamente distribuidos (pero lógicamente conectados).
La idea de una Internet cuántica ya se ha propuesto ayer. Varios grupos de investigación han publicado diseños para arquitecturas basadas en nodos o de estilo repetidor, pero la mayoría de ellos se centran en aplicaciones específicas como la distribución de claves cuánticas o la correo segura. El objetivo de IBM, sin confiscación, es hacer de la computación distribuida un camino viable para ejecutar algoritmos cuánticos que no caben en la memoria de una sola máquina.
Si se logra, podría permitir nuevos tipos de aplicaciones, desde el modelado de la dependencia de suministro hasta la simulación climática en tiempo efectivo mediante sensores mejorados cuánticamente. IBM ha sugerido que tales redes podrían soportar “billones de puertas cuánticas” a través de múltiples QPU, mucho más allá de los límites prácticos incluso de un dispositivo monolítico de mil qubits lógicos.
Un generoso camino por delante
El cronograma de 2030 para demostrar un entrelazamiento elemental entre dos QPU es extremadamente avaricioso. Se paciencia que unos abriles más tarde aparezca una red cuántica multinodo escalable, y las redes de larga distancia no llegarán hasta la segunda porción de esa término. Es probable que falten más de 15 abriles para la visión de Internet cuántica, en la que procesadores y repetidores entrelazados abarquen regiones enteras.
Será necesario pasar algunos desafíos de ingeniería importantes para que este cronograma se haga existencia. Ningún transductor existente cumple con los umbrales de eficiencia y fidelidad requeridos para enlaces escalables. Mientras tanto, distribuido La corrección de errores cuánticos aún está en expansión y la mayoría de los protocolos de red propuestos son teóricos o existen solo en simulaciones de investigación. Incluso existe el desafío de integrar la experiencia en redes fotónicas de Cisco con los sistemas criogénicos de IBM de una modo que minimice la interferencia térmica y maximice el rendimiento del enlace.
A posteriori de más de una término impulsando el diseño de procesadores, IBM ahora está centrando su atención en las interconexiones. Cisco, por su parte, envite a que la computación cuántica necesitará un pensamiento sistémico completamente nuevo, donde el enrutamiento clásico se combine con la mandato de entrelazamientos en tiempo efectivo.
Es una forma diferente de pensar en la infraestructura, no sólo como una capa de transporte, sino como una parte codiseñada del propio proceso computacional. Si IBM y Cisco pueden construirlo, estarán remodelando lo que significa ejecutar un software cuando el procesador ya no es una sola máquina.
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