- IBM dhe Cisco kanë bashkuar forcat për të krijuar një rrjet të shpërndarë kompjuterësh kuantikë tolerantë ndaj defekteve, duke hedhur themelet për një internet kuantik në të ardhmen.
- Projekti kombinon procesorë kuantikë të përparuar (QPU) me njësi rrjeti kuantik (QNU) dhe protokolle të reja komunikimi për të ngatërruar kubitët në distanca të gjata.
- Piketat përfshijnë një provë të parë të konceptit në pesë vjet dhe një demonstrim të një rrjeti kuantik të shkallëzueshëm deri në vitin 2030, që lidh qendra të shumta të të dhënave.
- Nëse kapërcehen sfidat teknike dhe të sigurisë, ky rrjet do të bëjë të mundur adresimin e problemeve të optimizimit, simulimit dhe komunikimit të sigurt që janë të paarritshme për informatikën klasike.
Në këtë kontekst, hyn në lojë aleanca midis IBM dhe Cisco . Këta dy gjigantë kanë vendosur të bashkojnë forcat për të projektuar dhe ndërtuar themelet e një rrjeti kompjuterësh kuantikë të ndërlidhur dhe tolerantë ndaj defekteve . Qëllimi i tyre nuk është vetëm të prodhojnë makina më të fuqishme, por edhe t'u mundësojnë këtyre makinave të bashkëpunojnë përmes një infrastrukture komunikimi kuantik, duke i dhënë jetë asaj që shumë tashmë e quajnë "Interneti i informatikës kuantike".
Kubitët: zemra e informatikës kuantike moderne
Për të kuptuar pse kjo aleancë është kaq e rëndësishme, së pari duhet të sqarojmë se çfarë është një kubit dhe si ndryshon nga një bit klasik . Ndërsa kompjuterët tradicionalë punojnë me bit që mund të jenë vetëm 0 ose 1, kubitët rregullohen nga rregullat e mekanikës kuantike dhe mund të ekzistojnë në një mbivendosje të të dy gjendjeve njëkohësisht.
Falë këtij mbivendosjeje kuantike , një procesor kuantik mund të eksplorojë paralelisht një numër gjendjesh që rriten në mënyrë eksponenciale me numrin e kubitëve. IBM, për shembull, ka vendosur tashmë familjen e saj të procesorëve Heron, me 133 kubit , në qendra të ndryshme kërkimore në të gjithë botën, duke demonstruar se kjo qasje po fillon të jetë e dobishme përtej laboratorit.
Parashikimet e kompanisë tregojnë se, me një procesor prej rreth 300 kubitësh të kontrolluar mirë , do të ishte e mundur të zgjidheshin probleme që superkompjuterëve klasikë më të fuqishëm do t'u duheshin mijëra vjet. Këto përfshijnë simulimin e avancuar kimik, optimizimin ekstrem financiar dhe projektimin e materialeve me veti shumë specifike.
Megjithatë, çelësi nuk qëndron vetëm në rritjen e numrit të kubitëve, por edhe në përmirësimin e stabilitetit dhe koherencës kuantike të tyre . Për vite me radhë, pengesa kryesore në informatikën kuantike ka qenë pikërisht ruajtja e gjendjes kuantike për aq kohë sa të kryejë llogaritje të dobishme përpara se sistemi të degradojë për shkak të zhurmës dhe dekoherencës.
Në këtë pikë, IBM ka bërë hapa të rëndësishëm në korrigjimin e gabimeve kuantike . Kompania nuk është kufizuar vetëm në përmirësimin e besnikërisë së secilit kubit individualisht, por ka projektuar skema në të cilat kubite të shumëfishta fizike punojnë në mënyrë të tepërt për të formuar kubite logjike më të fuqishme, të afta për të zbuluar dhe korrigjuar gabimet në kohë reale. Ky përparim është thelbësor për arritjen e makinave vërtet tolerante ndaj gabimeve.
Ndërthurja kuantike dhe rrjetet: ku hyn në skenë Cisco
Pasi të ekzistojë hardueri kuantik minimalisht i qëndrueshëm, hapi tjetër është të mundësohet që procesorë të ndryshëm të bashkëpunojnë me njëri-tjetrin. Këtu shkëlqen ekspertiza e Cisco-s, pasi ata po e përqendrojnë kërkimin e tyre në atë që ata e quajnë rrjete kuantike - infrastruktura të afta për të transmetuar informacion kuantik pa shkatërruar vetitë e tij.
Pjesa qendrore e këtij enigme është ngatërresa kuantike . Kur dy kubitë janë të ngatërruar, gjendja e njërit lidhet me atë të tjetrit, edhe nëse janë kilometra larg njëri-tjetrit. Çdo matje në njërin prej tyre ndikon menjëherë te partneri i tij. Shfrytëzimi i këtij fenomeni është ajo që lejon që një rrjet kuantik i shpërndarë të funksionojë si një sistem logjik i vetëm dhe koherent.
Ekipet e Cisco-s po punojnë në sisteme transmetimi që e ruajnë këtë ndërthurje në distanca të gjata duke përdorur fibra optike . Thjesht ripërdorimi i infrastrukturës ekzistuese të internetit nuk është i mjaftueshëm: ai kërkon zhvillimin e elementeve specifike si përsëritësit ose urat kuantike dhe menaxhimin e fotoneve individuale që kodojnë informacionin kuantik me humbje minimale.
Premtimi i kësaj teknologjie bëhet shumë i qartë kur fillon të mendosh për zbatimet e saj. Një rrjet kuantik i fuqishëm do t'i lejonte, për shembull, një banke globale të kryente llogaritjet e optimizimit të portofolit në kohë reale duke shpërndarë ngarkesën e punës midis disa procesorëve kuantikë të vendosur në kontinente të ndryshme, të gjithë me një nivel sigurie shumë më të lartë se ai i sistemeve aktuale.
Në fushat e shëndetit dhe shkencës së materialeve, kjo infrastrukturë do të lehtësonte simulimet molekulare në një shkallë të paimagjinueshme sot, duke e bërë shumë më të shpejtë projektimin e barnave komplekse ose kërkimin e përbërjeve të reja me veti të përparuara, qoftë për bateri, superpërçues apo materiale ultrarezistente.
Synimet e Aleancës IBM dhe Cisco: Nga momentet kryesore deri në vitin 2030
Duke pasur parasysh këtë kontekst, IBM dhe Cisco kanë njoftuar një bashkëpunim afatgjatë për të hedhur themelet për informatikën kuantike të shpërndarë. Ata e kanë vendosur synimin e tyre në fillim të viteve 2030, kohë kur presin të kenë gati komponentët kryesorë të një interneti kuantik funksional.
Pika e parë e madhe që ata kanë vendosur është një afat kohor prej afërsisht pesë vitesh për të demonstruar një provë koncepti që lidh disa kompjuterë kuantikë individualë në shkallë të gjerë, tolerantë ndaj defekteve. Ideja është që këto makina do të jenë në gjendje të kryejnë llogaritje të përbashkëta me dhjetëra ose edhe qindra mijëra kubit , shumë më tepër se sa mund të përballojë një makinë e vetme e izoluar.
Për sa i përket kapacitetit, ky rrjet eksperimental duhet të jetë në gjendje të zgjidhë probleme që përfshijnë miliarda ose triliona porta kuantike - domethënë, një numër kolosal operacionesh ndërthurjeje dhe manipulimesh të gjendjeve kuantike. Ky nivel kompleksiteti është pikërisht ajo që nevojitet për aplikime transformuese siç është optimizimi masiv ose projektimi i barnave të gjeneratës së ardhshme.
IBM po ndjek njëkohësisht hartën e vet të rrugës për të ofruar kompjuterë kuantikë në shkallë të gjerë dhe tolerantë ndaj defekteve para fundit të kësaj dekade. Ajo që synon të arrijë me Cisco është të shkojë një hap më tej: të sigurojë që këto makina të mos mbeten "ishuj" të izoluar të fuqisë llogaritëse, por përkundrazi të formojnë një rrjet të shpërndarë të llogaritjes kuantike që amplifikon kapacitetin e tyre të përgjithshëm.
Në këtë qasje, arkitektura konceptohet si një e tërë: harduer për të lidhur kompjuterët kuantikë , softuer për të koordinuar llogaritjet e shpërndara midis tyre dhe shtresa të inteligjencës së rrjetit që vendosin se si dhe kur të transferojnë informacionin kuantik nga një nyje në tjetrën, duke maksimizuar performancën dhe besueshmërinë.
Në planin afatmesëm, të dy kompanitë synojnë të kenë një demonstrim fillestar të një rrjeti kuantik të shpërndarë deri në fund të vitit 2030. Ky demo do të bazohet në ngatërrimin e kubitëve nga disa kompjuterë kuantikë të pavarur, të instaluar në mjedise të ndryshme kriogjenike, gjë që shton gjithashtu një sfidë të rëndësishme në inxhinierinë fizike.
Për ta bërë të mundur këtë, do të jetë e nevojshme të shpiken dhe të përsosen teknologji të reja ndërlidhjeje, të tilla si transduktorët optikë me mikrovalë që konvertojnë sinjalet kuantike në diapazonin e mikrovalëve (tipik i kubitëve superpërçues) në fotone optike që udhëtojnë përmes fibrave dhe anasjelltas. Për më tepër, do të kërkohet një grumbull softuerësh të specializuar të aftë për të orkestruar të gjithë këtë rrjedhë informacioni kuantik pa humbur koherencën .
QPU, QNU dhe qendra e re kuantike e të dhënave
Një nga elementët konceptualë më interesantë të planit është përkufizimi i dy komponentëve kryesorë: QPU (Njësia e Përpunimit Kuantik) dhe QNU (Njësia e Rrjetit Kuantik) . QPU është, thënë thjesht, vetë procesori kuantik, ku ndodhen kubitët stacionarë që kryejnë llogaritjet.
QNU, nga ana e saj, është projektuar si ndërfaqe e rrjetit kuantik përgjegjëse për transformimin e atij informacioni kuantik stacionar të QPU-së në atë që zakonisht quhet informacion kuantik "fluturues": gjendje që udhëtojnë, përgjithësisht, të koduara në fotone përmes një rrjeti komunikimi.
IBM planifikon të ndërtojë këto njësi rrjeti kuantik në mënyrë që ato të mund të veprojnë si ura midis shumë QPU-ve brenda një qendre të vetme të të dhënave kuantike. Roli i Cisco-s do të jetë të projektojë një rrjet të aftë për të shpërndarë ndërthurjen midis çifteve arbitrare të QNU-ve sipas kërkesës, varësisht nga nevojat e secilit algoritëm ose aplikacion.
Për të koordinuar këtë dinamikë burimesh, Cisco po zhvillon një kornizë protokolli softuerësh me shpejtësi të lartë që mund të rikonfigurojë vazhdimisht dhe dinamikisht shtigjet e rrjetit. Në praktikë, kjo do të thotë që lidhjet e ngatërresës kuantike krijohen, shkatërrohen dhe ridrejtohen me shpejtësi të lartë për të ushqyer llogaritjet e pjesshme që kryejnë QPU-të e ndryshme.
Një tjetër fushë pune e përbashkët është zhvillimi i të ashtuquajturave "ura rrjeti kuantike ", të përbëra nga harduer i gjeneratës së ardhshme dhe softuer me burim të hapur. Këto ura do të përdorin nyjet e rrjetit Cisco për të ndërlidhur një numër të madh të QPU-ve IBM brenda një qendre të vetme të dhënash dhe më vonë do ta zgjerojnë këtë model në qendra të shumta të ndërlidhura.
Në këtë skenar, koncepti i një qendre të dhënash kuantike ripërcaktohet plotësisht: nuk bëhet më fjalë vetëm për vendosjen e rafteve të serverëve klasikë, por për integrimin e kriostateve me procesorë kuantikë, QNU, transduktorë optikë, ruterë kuantikë dhe një shtresë të përzier të informatikës klasike dhe kuantike që punojnë në një mënyrë të koordinuar.
Përtej një ndërtese të vetme: drejt internetit kuantik
Lidhja e dy kompjuterëve kuantikë brenda të njëjtës dhomë është tashmë një sfidë, por hapi i vërtetë përpara qëndron në transmetimin e kubitëve në distanca më të mëdha , për shembull, midis ndërtesave ose qendrave të të dhënave të vendosura kilometra larg. Këtu hyjnë në lojë fotonet optike dhe infrastruktura e fibrave optike që tashmë është vendosur globalisht .
IBM dhe Cisco do të hetojnë se si të integrojnë teknologjitë e fotoneve optike dhe transduktorëve mikrovalë-optikë në një rrjet kuantik që mund të mbajë informacion vetëm kur është e nevojshme, duke minimizuar humbjet dhe duke ruajtur ndërthurjen. Qëllimi përfundimtar është të jetë në gjendje ta zgjerojë këtë rrjet kuantik qytet pas qyteti, vend pas vendi dhe përfundimisht, në një shkallë planetare.
Në këtë të ardhme të mundshme, i ashtuquajturi internet i informatikës kuantike nuk do të kufizohet thjesht në lidhjen e kompjuterëve kuantikë. Ai do të jetë gjithashtu ngjitësi që lidh së bashku sensorët kuantikë ultra të ndjeshëm, sistemet e komunikimit kuantik dhe pajisjet e tjera të shpërndara që ndajnë informacion nga distanca pa humbur avantazhet e fizikës kuantike.
Aplikimet që po merren në konsideratë janë shumë të larmishme: nga komunikimet ultra të sigurta (falë protokolleve të shpërndarjes së çelësave kuantikë që ju lejojnë të dini nëse dikush po përpiqet të spiunojë) deri te monitorimi shumë më i saktë mjedisor, i aftë të gjurmojë në detaje klimën, motin, aktivitetin sizmik apo edhe proceset shumë delikate industriale.
E gjithë kjo hap derën për atë që vetë IBM dhe Cisco e përshkruajnë si një hapësirë llogaritëse jashtëzakonisht më të madhe . Kur keni shumë kompjuterë kuantikë që punojnë së bashku dhe i kombinoni ata me superkompjuterë klasikë dhe përshpejtues si GPU-të, merrni një strukturë superkompjuterike kuantike të përqendruar që mund të trajtojë probleme që sot janë thjesht të vështira për t'u zgjidhur.
Paralelisht, IBM po bashkëpunon me institucione të tilla si Qendra për Materiale dhe Sisteme Kuantike Superpërçuese (SQMS) , e udhëhequr nga Fermilab në Shtetet e Bashkuara, për të studiuar se sa QNU mund të funksionojnë në mënyrë efikase në këto qendra të të dhënave kuantike dhe si të shkallëzohen nga disa QPU të ndërlidhura në dhjetëra ose qindra në vitet e ardhshme.
Sfidat teknike, siguria kibernetike dhe një afat kohor realist
Ndërkohë që diskutimi mund të tingëllojë shumë ambicioz, kompanitë janë të vetëdijshme se ka ende pengesa shumë serioze teknike përpara . Zhurma kuantike, dekoherenca dhe nevoja për të mbajtur temperaturat afër zeros absolute mbeten kufizime kryesore kur bëhet fjalë për shkallëzimin e pajisjeve.
Procesorët kuantikë të bazuar në qarqe superpërçuese duhet të funksionojnë në rreth -273°C , që nënkupton kriostate komplekse, konsum energjie dhe kërkesa infrastrukturore të pazakonta në qendrat tradicionale të të dhënave. Shkallëzimi në arkitektura me qindra mijëra kubite logjikë tolerantë ndaj defekteve është një sfidë monumentale inxhinierike.
Në nivelin e rrjetit, brishtësia e informacionit kuantik në tranzit kërkon zhvillimin e pajisjeve të tilla si transducerët dhe përsëritësit kuantikë me efikasitet shumë të lartë dhe humbje minimale. Për më tepër, sinkronizimi i operacioneve kuantike midis nyjeve të ndryshme me saktësi nën-nanosekondëshe është larg të qenit i parëndësishëm.
Ekziston gjithashtu një mungesë e konsiderueshme pjekurie në shtresat e sipërme të softuerit: nevojiten protokolle të rrugëzimit kuantik , si dhe mjete orkestrimi për të shpërndarë detyrat kuantike, sisteme korrigjimi gabimesh të koordinuara midis nyjeve të shumta, API për zhvilluesit për të programuar algoritme të shpërndara pa u çmendur, e kështu me radhë.
Në sferën e sigurisë, medalja ka dy anë. Nga njëra anë, kompjuterët kuantikë mjaftueshëm të fuqishëm mund të thyejnë algoritmet aktuale kriptografike të bazuara në RSA ose kurbat eliptike (ECC), duke rrezikuar transaksionet bankare, komunikimet ushtarake ose të dhënat e ndjeshme mjekësore. Nga ana tjetër, të njëjtat teknika kuantike ofrojnë mjete të tilla si shpërndarja e çelësave kuantikë që mundësojnë komunikime të sigurta teorikisht të pathyeshme.
Kjo është arsyeja pse IBM, Cisco dhe aktorë të tjerë të industrisë po punojnë në kriptografinë post-kuantike dhe protokollet e sigurisë kuantike, ndërkohë që zhvillojnë njëkohësisht edhe harduerin. Ideja është që në kohën kur kompjuterët kuantikë të jenë në gjendje të sulmojnë sistemet aktuale të sigurisë, ne do të kemi tashmë alternativa të fuqishme të vendosura për t'iu kundërvënë këtij lloji të ri kërcënimi.
Sa i përket afatit kohor, vlerësimet kanë ardhur duke u përshpejtuar. Disa vite më parë, u tha se një kompjuter kuantik plotësisht funksional nuk do të arrinte para vitit 2040. Tani, IBM e vendos informatikën kuantike praktike brenda një intervali prej 5 deri në 10 vjetësh për aplikime specifike dhe shënon fundin e viteve 2030 si një afat kohor të arsyeshëm për një internet kuantik më të pjekur.
Ndërkohë, vetë aleanca IBM-Cisco planifikon të shfaqë arritjet e ndërmjetme : së pari, lidhjet midis dy QPU-ve në kriosisteme të ndryshme; pastaj, rrjetet brenda të njëjtës qendër të dhënash; dhe më vonë, lidhjet midis qendrave të të dhënave. E gjithë kjo do të shoqërohet me bashkëfinancim të projekteve kërkimore akademike dhe bashkëpunuese për të nxitur një ekosistem më të gjerë kuantik.
Ky bashkëpunim midis IBM dhe Cisco paraqet një tablo në të cilën informatika kuantike pushon së qeni një eksperiment i izoluar dhe fillon të integrohet si një komponent kyç i infrastrukturës dixhitale globale. Nëse ata arrijnë të kapërcejnë sfidat e stabilitetit, korrigjimit të gabimeve, ndërlidhjes dhe sigurisë, mund të shohim lindjen e një rrjeti kuantik të shpërndarë në dekadën e ardhshme, të aftë të transformojë sektorë të tillë si financa, mjekësia, logjistika dhe shkenca e materialeve, ashtu siç interneti ndryshoi përgjithmonë informatikën klasike.
