Сегодня IBM и Cisco объявили о начале стратегического партнерства, нацеленного на создание фундамента распределенных квантовых вычислений. Цель — построить вычислительную сеть, которая позволит объединить отдельные крупномасштабные, отказоустойчивые квантовые компьютеры и вывести их производительность за пределы самого амбициозного роадмапа IBM. Компании планируют не просто масштабировать мощность, а решить фундаментальные проблемы, необходимые для создания будущего квантового интернета уже к началу 2030-х годов.
Сверхвычисления на триллион квантовых операций
В течение ближайших пяти лет IBM и Cisco намерены продемонстрировать первый практический прототип сети, способной объединить несколько индивидуальных, отказоустойчивых квантовых компьютеров. Эта сеть позволит проводить вычисления, требующие десятков и сотен тысяч кубитов и потенциально триллионов квантовых гейтов (фундаментальных запутывающих операций).
Такой скачок вычислительной мощности необходим для решения трансформационных квантовых задач, которые сегодня недоступны даже самым мощным классическим суперкомпьютерам. Среди них — масштабные проблемы оптимизации, а также проектирование сложных новых материалов и лекарств.
Как объясняет Джей Гамбетта, директор IBM Research, наращивание вычислительной мощности квантовых систем требует не только создания более крупных индивидуальных машин, но и их эффективного объединения в сеть.
Инженерное решение системной проблемы
Виджой Пандей из Outshift by Cisco, подчеркивает, что это системная проблема, которую они решают вместе. IBM строит сами квантовые компьютеры, а Cisco привносит инновации в квантовые сети, необходимые для их масштабирования.
Для реализации этой цели компании планируют разработать совершенно новое квантовое оборудование и программное обеспечение. К концу 2030 года они нацелены провести демонстрацию, в ходе которой будут запутаны кубиты из нескольких отдельных квантовых компьютеров, расположенных в разных криогенных средах. Это потребует изобретения новых соединений, включая преобразователи микроволнового и оптического сигналов, и нового программного стека.
Cisco уже представила концепцию квантового центра обработки данных, которая включает архитектуру сетевой инфраструктуры, способной:
- Сохранять хрупкие квантовые состояния.
- Распределять ресурсы запутывания.
- Облегчать телепортацию между квантовыми компьютерами.
- Синхронизировать операции с субнаносекундной точностью.
Интерфейс QNU и путь к квантовому интернету
Для объединения нескольких квантовых компьютеров необходим специальный интерфейс. IBM планирует создать Квантовый сетевой блок (QNU), который будет выступать посредником между Квантовым процессорным блоком (QPU) и сетью. Задача QNU — преобразовывать стационарную квантовую информацию внутри процессора в «летающую» квантовую информацию для передачи по сети.
Квантовая сеть Cisco, в свою очередь, будет динамически распределять запутывания между QNU по требованию. Это обеспечит бесперебойную передачу квантовой информации, необходимой для выполнения сложных алгоритмов. В будущем этот подход позволит связать QPU не только в рамках одного дата-центра, но и между удаленными центрами, создавая основу для настоящего квантового вычислительного интернета.
Такой квантовый интернет, появление которого прогнозируется к концу 2030-х годов, обеспечит экспоненциально большое вычислительное пространство и позволит объединить распределенные квантовые технологии — компьютеры, датчики и средства связи — на планетарном масштабе. Это открывает дорогу к новым возможностям, включая ультрабезопасные коммуникации и сверхточное мониторинговое климата и сейсмической активности.