Компания Cisco делает смелые шаги в направлении квантовой сети

Благодаря своим фундаментальным квантовым инновациям компания Cisco стимулирует технологическую революцию, которая может помочь решить насущные глобальные и отраслевые проблемы.

Квантовая сфера с её огромным потенциалом в области вычислений уже много лет изучается в исследовательских центрах.

Но Квантовая лаборатория компании Cisco и недавно анонсированный чип для создания квантовой запутанности выходят за рамки исследований.

Для Cisco главное — использовать таинственную силу квантовых технологий в практических целях. То есть создавать решения, которые помогут справиться с важнейшими глобальными и отраслевыми проблемами и вывести их на рынок быстрее, чем кто-либо ожидает.

«Перспективы квантовых вычислений огромны, — сказал Реза Неджабати, глава Quantum Labs в Cisco. — Представьте себе быстрое открытие новых лекарств, передовые технологии в области материаловедения, точное прогнозирование погоды, высокоэффективное хранение энергии и гигантский скачок в развитии искусственного интеллекта. Квантовые вычисления могут помочь нам решить некоторые из самых насущных проблем человечества».

Но влияние квантовых технологий не будет ощущаться до тех пор, пока они не станут общедоступными, совместимыми с современными «классическими» компьютерами и оптоволоконными сетями и не будут защищены от квантовых угроз безопасности нового поколения.

«Мы хотим, чтобы разрабатываемая нами технология была практичной с точки зрения стоимости, сложности и масштабируемости, — добавил Неджабати, — чтобы эти преимущества можно было реализовать и распространить среди широких слоёв общества».

Квантовая лаборатория в Санта-Монике преодолевает этот «барьер масштабирования» благодаря инновационным аппаратным и программным компонентам для квантовой сети и межсетевого взаимодействия центров обработки данных, начиная с низкоэнергетического чипа для квантовой запутанности, работающего при комнатной температуре. Это позволит ускорить внедрение практических квантовых вычислений с десятилетий до пяти или даже трёх лет.

Виджей Пандей, генеральный менеджер и старший вице-президент подразделения инкубации и инноваций Cisco Outshift, подвёл итоги реализации квантовой стратегии компании.

«Вместо того чтобы ждать появления огромных монолитных квантовых компьютеров, — сказал он, — мы создаём квантовую сеть, которая объединит небольшие квантовые процессы в распределённую систему, что потенциально ускорит внедрение в практику».

По словам Зевса Керравалы, главного аналитика ZK Research, такой подход использует уникальные преимущества Cisco.

«Учитывая основополагающую роль Cisco в инфраструктуре интернета, — сказал Керравала, — компания имеет все возможности для создания независимой от поставщиков платформы для квантовых сетей и разработки таких важнейших технологий, как чип для квантовой запутанности. Такой подход позволяет использовать накопленный Cisco опыт в области сетевых технологий для объединения различных квантовых платформ, ускоряя практическую реализацию квантовых вычислений без необходимости делать ставку на какую-то одну технологию».

Конкретные решения на основе «жутковатых» квантовых эффектов

Но что такое запутанность и как будет выглядеть квантовая сеть?

Эйнштейн называл квантовую запутанность «жутким дальнодействием», а Панди сравнивал её с магией. В любом случае это загадочное явление.

В «классических» вычислениях двоичные цифры, или биты, представлены единицами и нулями. Но в квантовых компьютерах используются квантовые биты, или кубиты. В кубитах единицы и нули представлены квантовыми частицами, такими как ионы или фотоны. И эти квантовые единицы и нули находятся в суперпозиции. То есть они могут существовать в разных состояниях одновременно. Более того, квантовые частицы могут быть запутанными. То есть их состояния становятся взаимосвязанными и взаимозависимыми, независимо от расстояния.

Используя эти явления, квантовые компьютеры потенциально могут обрабатывать огромное количество результатов одновременно — в отличие от классической модели, которая «всего лишь» переключается между единицами и нулями по одному. Кроме того, запутанные частицы могут передавать или обмениваться информацией на любом расстоянии благодаря явлению, прямо как в «Звёздном пути», известному как телепортация.

«Прелесть в том, что фотоны или другие частицы можно разделить физически, даже на большом расстоянии, — объясняет Рамана Компелла, руководитель отдела исследований Cisco и почётный сотрудник Cisco. — Запутанность на самом деле позволяет нам передавать квантовую информацию с помощью явления телепортации».

Как заставить всё это работать в реальном мире

Как далее отметил Компелла, для передачи кубитов по сети нужны не просто запутанные фотоны — их нужно много.

«Первый шаг к реальной передаче квантовой информации — это распределение запутанных состояний, — сказал он. — Каждый кубит будет потреблять одну пару запутанных фотонов. Это значит, что если вы хотите передать миллионы кубитов, вам понадобятся миллионы запутанных фотонов».

Именно здесь на помощь приходит чип-источник квантовой запутанности. Пандей назвал его «первым строительным блоком квантовой сети». А Неджабати рассказал о его возможностях и уникальных характеристиках.

«Наш чип может генерировать до 200 миллионов пар запутанных фотонов в секунду, — сказал Неджабати. — Это очень высокая скорость. Мы делаем это, направляя лазерный луч на наш чип, который преобразует каждый отдельный фотон в два запутанных фотона с более низкой энергией. А поскольку они запутаны на телекоммуникационной частоте, их можно легко транспортировать. Вам не нужен специальный транспортный катализатор, достаточно обычного волокна для передачи запутанных фотонов».

Именно совместимость с существующей инфраструктурой отличает квантовые инновации Cisco.

«Этот исходный чип станет основой нашей квантовой сети, — добавил Неджабати. — Наша конечная цель — обеспечить масштабируемость квантовых вычислений».

Чип-источник запутанности — это лишь один из элементов квантовой сети. Компания Cisco уже разрабатывает другие ключевые компоненты — например, коммутатор, который может передавать и маршрутизировать кубиты без нарушения свойств запутанности, и сетевую интерфейсную плату для подключения квантовых компьютеров к квантовой сети.

Несмотря на то, что текущая версия чипа-источника запутанности является исследовательским прототипом, его производительность чрезвычайно высока. Такие отрасли, как финансы, логистика, медицина и робототехника, обращают на него внимание, а партнёры по разработке стремятся ускорить переход к коммерческим продуктам. В ближайшем будущем с его помощью можно будет безопасно проверять квантовое положение, мгновенно координировать решения (например, в финансовых сделках) и выполнять сверхточную синхронизацию времени (например, в автономной промышленности и робототехнике).

«Удивительная особенность этого чипа, — подчеркнул Компелла, — заключается в том, что его точность превышает 99 процентов. Это означает, что более 99 процентов генерируемых им запутанных фотонов можно использовать для передачи квантовой информации».

Подтверждая свой потенциал для практического применения, чип работает при комнатной температуре и потребляет очень мало энергии — в то время, когда такие технологии, как искусственный интеллект, создают большую нагрузку на серверы, сети и их поставщиков энергии.

«Наш чип на самом деле довольно компактный и легко устанавливается в центрах обработки данных, — продолжил Компелла. — Многие квантовые технологии работают при температурах, близких к абсолютному нулю. Наш чип работает при комнатной температуре. Поэтому вам не понадобятся сложные устройства, использующие жидкий гелий для поддержания низких температур».

Кроме того, каждому чипу требуется минимальное количество энергии.

«Энергопотребление одного чипа составляет менее милливатта, — сказал Компелла. — Столько энергии требуется, чтобы загорелся пиксель на вашем ноутбуке».

Квантовые угрозы, квантовая безопасность и экосистема будущего

Конечно, такая мощная технология, как квантовые вычисления, несёт в себе потенциальные угрозы безопасности — например, в плане взлома существующих систем шифрования. Компания Cisco готовится к решению этих будущих проблем, некоторые из которых могут проявиться уже сегодня. Хотя до квантовых кибератак может быть ещё далеко, хакеры тоже смотрят в будущее. Некоторые из них, возможно, уже реализуют атаки по принципу «собери сейчас, расшифруй потом», когда собранные сегодня данные могут быть расшифрованы с помощью технологий будущего.

Чтобы противостоять таким угрозам, компания Cisco внедряет постквантовую криптографию (ПКК) в различные линейки своих продуктов. ПКК — это набор квантовоустойчивых криптографических методов и алгоритмов, стандартизированных Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Кроме того, Cisco поддерживает протокол интеграции безопасных ключей (SKIP), который упрощает интеграцию систем квантового распределения ключей (КРК) с маршрутизаторами Cisco. КРК использует принципы квантовой механики и квантовые сети, которые обеспечивают безопасный способ обмена криптографическими ключами.

«Там, где происходит обмен ключами, кто-то потенциально может подключиться и использовать квантовый компьютер для их расшифровки, — сказал Компелла. — Теперь эту часть можно переложить на сеть квантового распределения ключей, которая использует свойства квантовой механики, такие как теорема о невозможности клонирования. Таким образом, вы можете подготовиться к тому моменту, когда злоумышленник попытается выяснить, что содержится в пакетах. Квантовое распределение ключей — это реальная технология, которую уже используют некоторые интернет-провайдеры, финтех-компании и государственные органы в своих сетях».

В то же время Cisco помогает создавать обширную и разнообразную партнёрскую экосистему в сфере квантовых технологий. Компания уже сотрудничает с ведущими научно-исследовательскими институтами в области квантовых технологий, такими как Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, Чикагская квантовая биржа и Центр квантовых сетей при Аризонском университете. Кроме того, она использует своё лидерство в отрасли для содействия сотрудничеству и разработке универсальных стандартов в области квантовых технологий в партнёрстве с такими организациями, как Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Linux Foundation и рабочая группа по разработке стандартов Интернета (IETF).

Однако по мере развития квантовых технологий Cisco будет оставаться в авангарде, внедряя важнейшие инновации, налаживая прочные творческие партнёрские отношения и занимая важные руководящие должности. Как и в случае с искусственным интеллектом и другими революционными технологиями, потенциал квантовых технологий огромен. Но использовать их нужно ответственно, в соответствии с общепринятыми стандартами и рекомендациями, а также при содействии и сотрудничестве самых блестящих умов в области квантовых технологий.

«Мы готовы создать эти критически важные соединения и построить квантовую сеть будущего, — заключил Компелла. — Но квантовые технологии — это не прерогатива одной компании или одного учреждения. Для этого действительно потребуется участие многих».

Получить подробную информацию или проконсультироваться можно на сайте официального поставщика Cisco в России.
Оригинал: https://newsroom.cisco.com/c/r/newsroom/en/us/a/y2025/m07/at-cisco-bold-steps-towards-a-quantum-network.html