Oggi il panorama del quantum computing ha raggiunto una certa maturità e i recenti progressi nella correzione degli errori e nella progettazione di chip quantistici suggeriscono che un sistema quantistico utile e tollerante ai guasti potrebbe essere più vicino che mai.

Negli ultimi mesi, big tech come Google, Amazon Web Services e Microsoft hanno infatti annunciato importanti traguardi. Microsoft ha presentato il suo processore Majorana, affermando che il quantum computing affidabile è ora “a pochi anni di distanza”, non più decenni. Nvidia, da parte sua, si è proposta come abilitatore della tecnologia grazie al suo know-how nell’intelligenza artificiale, mentre D-Wave ha iniziato a vendere i propri sistemi quantistici di annealing, andando oltre la disponibilità tramite il proprio servizio cloud Advantage.

A rafforzare questa corsa all’innovazione si aggiunge anche il MIT, che ha annunciato un nuovo circuito superconduttore chiamato quarton coupler e progettato per permettere al processore quantistico di eseguire correzioni d’errore prima che i qubit perdano coerenza. Anche Google ha lanciato un appello per una collaborazione più stretta tra industria e mondo accademico, al fine di superare i limiti di integrazione hardware.

Il chip di entanglement di Cisco

In questo contesto di grande fermento, Cisco ha svelato il suo primo quantum network entanglement chip, che è stato sviluppato in collaborazione con l’Università della California a Santa Barbara. Il prototipo rappresenta, secondo Vijoy Pandey (SVP di Outshift, la divisione R&D di Cisco), un passo avanti verso applicazioni quantistiche realmente impattanti.

Il chip sfrutta l’entanglement quantistico, ovvero la capacità dei qubit (in questo caso fotoni) di restare interconnessi anche a grandi distanze, una proprietà chiave per lo sviluppo di reti quantistiche distribuite. Tali reti saranno fondamentali per superare i limiti attuali in termini di numero di qubit: oggi i sistemi quantistici dispongono solo di decine o centinaia di qubit, mentre le applicazioni pratiche ne richiederanno milioni.

Come ha osservato Pandey, il futuro del quantum computing non sarà rappresentato da un unico computer quantistico monolitico, ma da una serie di piccoli sistemi interconnessi attraverso infrastrutture di rete specializzate, proprio come accadde in passato con il passaggio dai mainframe ai data center distribuiti nel cloud.

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Verso un’infrastruttura quantistica distribuita

Secondo un paper tecnico redatto dagli scienziati di Cisco, servirà infatti una vera e propria rete quantistica per costruire data center quantistici distribuiti e scalabili. Questi ambienti ospiteranno più unità di elaborazione quantistica (QPU) collegate tra loro per affrontare carichi di lavoro complessi e formeranno la base di una futura quantum internet, connettendo tra loro sistemi quantistici su scala planetaria.

Il chip di Cisco usa un processo chiamato four-wave mixing nei semiconduttori III-V su un wafer di silicio, producendo oltre un milione di coppie entangled di fotoni per secondo per canale con un picco massimo di 200 milioni di coppie al secondo. Il tutto con una fedeltà del 99%, consumi inferiori a 1 milliwatt e funzionamento a temperatura ambiente, tutte caratteristiche ideali per l’integrazione nei data center moderni. Inoltre, il chip è compatibile con le infrastrutture in fibra esistenti, rendendone più agevole l’adozione.

Switch, NIC e nuovi protocolli per reti quantistiche

Cisco sta già progettando componenti fondamentali per reti quantistiche come switch quantistici e schede di rete (NIC) compatibili con diversi fornitori. Gli switch usano guide d’onda ottiche per instradare i segnali senza misurarli evitando così interferenze, mentre le NIC connetteranno i chip quantistici alle reti. Un compilatore distribuito consentirà invece di suddividere gli algoritmi quantistici tra i vari nodi e coordinare la distribuzione dell’entanglement.

Pandey ha anche annunciato l’apertura del Cisco Quantum Labs a Santa Monica, una struttura in cui i ricercatori possono sperimentare soluzioni di rete quantistica che uniscono concetti teorici e implementazione pratica. Oltre che per l’entanglement chip, Cisco sta utilizzando il laboratorio per avanzare prototipi di ricerca di altri componenti critici per completare la sua visione dello stack di rete quantistica, tra cui un il Quantum Network Development Kit (QNDK) e un Quantum Random Number Generator (QRNG) che utilizza il rumore del vuoto quantistico.