Компания Cisco активно инвестирует сегодня в развитие фотоники, которая сделает возможным квантовое взаимодействие, а также в другие аппаратные и программные технологии для квантовых вычислений, сетей и криптографии.
Развитие квантовых технологий было одним из главных прогнозов на 2022 год, сделанных исполнительным вице-президентом Cisco и директором компании по стратегии Лиз Чентони.
«Квантовые вычисления, связь и безопасность приведут к дальнейшему повышению скорости и безопасности обработки информации, – заявила Чентони. – Это потребует переосмысления порядка работы и взаимодействия систем через Интернет с минимизацией задержек и повышением пропускной способности. Взаимодействие между системами квантовых вычислений и безопасности организуется совсем иначе, чем в классических сетях связи, где передача голосовой информации и данных осуществляется с помощью битов и байтов».
Особый интерес для Cisco представляет дальнейшее развитие квантовых сетей, ЦОДов и интернет-технологий.
«Квантовые сети могут обеспечить новый тип безопасного соединения между цифровыми устройствами, повышая их устойчивость к взлому, – пояснила Чентони. – Благодаря укреплению безопасности с помощью квантовых сетей улучшается защита транзакций от мошенников. Более высокое качество безопасного подключения помогает защитить передачу голоса и данных от любых помех или слежки. Все это позволяет изменить Интернет, придав ему совсем другой вид по сравнению с тем, к которому все привыкли и используют сегодня».
«Рассматривая ситуацию более подробно, мы видим два направления, связанных со строительством квантовых ЦОДов, которые могли бы использовать концепции классических локальных сетей, объединяющих квантовые компьютеры, или сетей на квантовой основе, осуществляющих высокоскоростную передачу квантовых битов [кубитов] с квантовых серверов для их обработки коммерческими приложениями, – указал директор Cisco Emerging Tech and Incubation Group по исследованиям Рамана Компелла. – Предполагается формирование гибридной сетевой среды, которая будет поддерживать классические сигнальные и другие технологии, использующие фотонику для передачи кубитов от одного сервера к другому. Технологии фотоники, предусматривающей передачу данных и управление различными сетевыми механизмами с помощью света, в большинстве квантовых сред отводится очень важное значение».
«С учетом инженерной сложности технологий мы полагаем, что фотоника сыграет центральную роль в создании крупномасштабных квантовых компьютеров на базе однокристальных процессоров или в рамках распределенной вычислительной системы, – заявил инженер Cisco Алиреза Шабани. – В настоящее время основное внимание в проектах создания оборудования для квантовых вычислений уделяется устройствам объемом менее ста кубитов, в то время как основные сложности возникают при масштабировании системы до тысяч, а в конечном итоге и миллионов кубитов. Шансы технологической платформы на более быстрое масштабирование зависят от сложности аппаратной системы и ее архитектуры. Модульность позволяет уменьшить сложность системы. В квантовых вычислениях это может быть достигнуто за счет создания распределенной системы квантовых чипов, связанных друг с другом через фотонные соединения. Помимо масштабируемости фотонные сети позволяют организовать универсальную связь между модулями, что приводит к значительному увеличению вычислительной мощности системы».
В то время как теоретические основы квантовых сетей ЦОДов, находятся пока в зачаточном состоянии, будущеее квантового интернета просматривается значительно более явно.
Ученые из Университета науки и технологий Китая в Хэфэе, к примеру, год назад объявили о создании первой в мире интегрированной сети квантовых соединений. Сеть объединяет более 700 оптических волокон на земле с двумя спутниковыми линиями связи, обеспечивая квантовую передачу ключей на расстояние более 4800 км в интересах пользователей, находящихся в различных областях Китая.
«Считается, что в отличие от обычного шифрования квантовая связь не поддается взлому и, следовательно, является более безопасной для передачи информации банков, электрораспределительных сетей и предприятий других секторов экономики, – утверждают исследователи. – Ядром квантовой связи является квантовое распределение ключей (quantum key distribution, QKD), использующее для формирования цепочки нулей и единиц квантовые состояния частиц (например, фотонов). Любое прослушивание канала между отправителем и получателем приведет к изменению этой строки или ключа и будет немедленно обнаружено».
Cisco принимает участие в работе Центра квантовых сетей, целью которого является создание квантового интернета, призванного стимулировать развитие новых технологических отраслей и сформировать конкурентный рынок провайдеров квантовых сервисов и разработчиков приложений.
Европейский альянс квантового интернета совместно с министерством энергетики США стремится объединить промышленные и научные институты с целью дальнейшего развития квантовых коммуникаций.
«Квантовый интернет будет использоваться в первую очередь в целях безопасности, в ситуациях, когда пользователям необходимо защитить передачу информации между двумя точками, удаленными друг от друга на многие километры, – заметил Компелла. – Технологии развития квантового интернета и безопасных сценариев проектируются сегодня в самых разных странах мира».
Будут разработаны другие приложения, в том числе средства обеспечения конфиденциальности, известные как слепые вычисления, где квантовые серверы выполняют обработку, не имея всей информации о выполняемых задачах. Выявление мошенничества, моделирование элементарных частиц и климатические приложения – все это является потенциальными сферами применения распределенных квантовых технологий.
Компания Cisco со своей стороны также реализует множество проектов в области квантовых вычислений. В январе 2021 года подразделение Cisco Research направило запрос на подачу заявок по квантовым технологиям, к которым относятся:
- источники фотонов и технологии обнаружения;
- материалы и методы изготовления фотонных интегральных схем, применяемых в квантовых сетях;
- приложения квантовых сетей;
- квантовая криптография за рамками QKD;
- безопасность протоколов квантовой криптографии.
Разработку квантового фотонного чипа Cisco осуществляет совместно с Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре.
Cisco является частью ширящегося квантового сообщества, в которое помимо нее входят IBM, Intel, Microsoft, Amazon, Google, Baidu, Honeywell, Quantinuum и многие другие. В игру сегодня вступают и традиционные конкуренты Cisco на рынке сетевых технологий. В сентябре 2021 года Juniper и специалисты по квантовым вычислениям из Arquit Quantum подписали партнерское соглашение, предусматривающее разработку средств, которые должны обеспечить защиту от угроз квантовой безопасности.
Технология, по сути, еще только начинает формироваться. По мнению Компеллы и прочих, полноценного ее внедрения в отрасли стоит ждать не ранее, чем через 5-10 лет. Но интерес к ней, безусловно, есть. По оценкам Gartner, к 2025 году почти 40% крупных организация приступят к реализации квантовых инициатив, а IDC прогнозирует, что в 2027 году объем продаж на мировом рынке квантовых вычислений достигнет 8,6 млрд долл.
Как полагают в IDC, крупные прорывы в технологии квантовых вычислений, развитие инфраструктуры и рынка платформ для квантовых вычислений в качестве сервиса, а также рост рабочих нагрузок, требующих высокой производительности и подходящих для обработки с помощью квантовых технологий, будут способствовать дальнейшему расширению рынка.
«В ближайшее десятилетие шумиха вокруг квантовых вычислений сохранится, – заявил на конференции IT Symposium/Xpo 2021 аналитик Gartner Чираг Декате. – В среде поставщиков ИТ-директора столкнутся с теми, кто не дает обещаний и мало что делает в области квантовых технологий. Квантовые вычисления не относятся к числу систем общего назначения и в настоящее время могут применяться только в достаточно узком спектре: задачи оптимизации, органическая химия, материаловедение, биохимия и безопасность. В Gartner ожидают, что в ближайшие 5-10 лет этот список будет расширяться».
«Сегодня квантовые вычисления находятся на переломном этапе с точки зрения финансирования, исследований и экспериментов, – подчеркнул Компелла. – Cisco всегда играла очень важную роль в деле разработки и построения цифровой инфраструктуры, а квантовые вычисления – одна из технологий, имеющих фундаментальное значение. Наши исследования направлены на поиск очередных крупных инноваций, которые позволили бы Cisco предложить своим клиентам принципиально новые продукты».
