Cisco introduceert een universele quantumswitch: een cruciale stap naar quantumnetwerken

De Cisco Universal Quantum Switch routeert quantuminformatie bij kamertemperatuur, op bestaande telecomvezel, met een door Cisco gepatenteerde conversiemotor die coderingsmodaliteiten vertaalt bij input als output. De nieuwe switch is gebaseerd op onderzoek van vele jaren, praktijkdemo’s en een groeiend ecosysteem van strategische samenwerkingen. Het werkende switchprototype toont aan dat Cisco versnelt in full-stack quantum networking.

"Dit is een mijlpaal voor ons quantumprogramma en een bewijs van het potentieel van quantumnetwerken," zegt Vijoy Pandey, SVP/GM van Outshift, Cisco's Emerging Technologies and Incubation Group. "We weten al langer dat we quantumsystemen moeten verbinden voor schaalbaarheid, en om dat te realiseren hebben we nu een cruciale stap gezet. De weg is nog lang maar de impact van wat we bouwen - en wat nog komt – gaat enorm zijn."

Cisco bouwt de netwerklaag voor het quantumtijdperk

De huidige quantumcomputers zijn krachtig, maar beperkt: ze werken op honderden qubits, terwijl toepassingen in de echte wereld in de gezondheidszorg, financiële diensten en lucht- en ruimtevaart miljoenen nodig hebben om ongekende snelheden en technologische doorbraken te bereiken. Cisco gelooft dat netwerken en connectiviteit centraal staan om die kloof te overbruggen. De quantumtoekomst zal niet door één enkel bedrijf of één technologie worden gebouwd, maar door ze allemaal met elkaar te verbinden.

Ook het internet is ontstaan door met klassieke switches eindpunten te verbinden via een gedeeld, schaalbaar netwerk. De Cisco Universal Quantum Switch doet hetzelfde voor quantum. Wanneer twee quantumcomputers informatie moeten delen, accepteert het signaal in welke vorm het ook aankomt, vertaalt het naar een gemeenschappelijke taal voor routering en levert het in het formaat dat het ontvangende systeem nodig heeft, zonder onderweg quantuminformatie te verliezen.

Dit wordt mogelijk gemaakt door een door Cisco gepatenteerde conversiemotor in het hart van de quantumswitch. De outputmodaliteit kan overeenkomen met de input of een geheel andere modaliteit zijn. De conversiemotor laat de quantumswitch toe om modaliteiten te vertalen en verbinding te maken tussen quantumsystemen. Die zijn nooit ontworpen om met elkaar te communiceren, dus de conversiemotor is een cruciale technologie die het bouwen van quantumnetwerken mogelijk maakt met verschillende leveranciers en technologieën.

De quantumswitch is ontworpen om alle belangrijke quantumcoderingsmodaliteiten te ondersteunen die worden gebruikt om informatie te transporteren:

• Polarisatie (de oriëntatie van lichtgolven)
• Time-Bin (de timing van lichtpulsen)
• Frequentie-Bin (de kleur of frequentie van licht)
• Pad (het fysieke of ruimtelijke pad)

Op dit ogenblik is de quantumswitch experimenteel gevalideerd met polarisatiecodering. Ondersteuning voor time-bin en frequency-bin is wel ingebouwd in het ontwerp en zal de volgende stap zijn in het lopende validatieproces van Cisco.

Tests en resultaten

De Cisco Universal Quantum Switch werd getest door Cisco-onderzoekers met Cisco's eigen verstrengelingsbron en single-photon detectoren. In deze experimenten toonde de switch aan dat quantuminformatie snel, nauwkeurig en efficiënt tussen systemen kan worden gerouteerd en geconverteerd tussen systemen, zonder het daarbij te vernietigen.

Belangrijke bevindingen zijn onder andere:

• Quantuminformatie behouden door conversie: minder dan 4% degradatie in de betrouwbaarheid van de quantumtoestand en verstrengeling, waardoor de coherentie behouden blijft die quantumnetwerken nodig hebben om te functioneren.
• Schakelen met de snelheid die quantumnetwerken vereisen: elektro-optische switching gebeurt in minder dan een nanoseconde, waarbij verbindingen in slechts 1 nanoseconde worden herconfigureerd.
• Energie-efficiënt: verbruikt minder dan 1 milliwatt stroom.
• De kracht achter het quantumnetwerk van de toekomst

Quantumnetwerken bevinden zich nog in een beginstadium. Er is geen gevestigde infrastructuur die quantumsystemen verbindt, en de meeste systemen kunnen alleen communiceren met andere systemen die informatie op dezelfde manier coderen als zij.

De Cisco Universal Quantum Switch volgt een geheel nieuwe aanpak:

Uniek: de huidige switchingtechnologie is beperkt tot één coderingstype. De Cisco Universal Quantum Switch is ontworpen om alle belangrijke coderingsvormen te ondersteunen, met een ingebouwde conversiemogelijkheid die door Cisco is gepatenteerd en in geen enkel ander product op de markt beschikbaar is.

Werkt op kamertemperatuur: in tegenstelling tot veel quantumhardwarecomponenten die cryogene koeling vereisen, werkt Cisco's Universal Quantum Switch op kamertemperatuur.

Werkt met bestaande infrastructuur: de switch werkt op standaard telecomfrequenties via dezelfde glasvezel voor klassiek internetverkeer, zonder gespecialiseerde apparatuur.

Verbindt systemen die voorheen niet konden communiceren: organisaties zijn niet langer gebonden aan het ecosysteem van één leverancier. Quantumapparaten van verschillende fabrikanten kunnen nu samenwerken, wat bestaande investeringen beschermt en best-of-breed quantumomgevingen mogelijk maakt.

Ontworpen voor de full stack: de switch is gebouwd als onderdeel van Cisco's evoluerende end-to-end architectuur voor een gedistribueerd quantumnetwerk, dat hardware-, software- en applicatielagen omvat.

Cisco's visie op de toekomst

Al meer dan vier decennia bouwt Cisco de infrastructuur die de wereld met elkaar verbindt. De Cisco Universal Quantum Switch is een nieuwe mijlpaal in die reis. Cisco is ervan overtuigd dat de weg naar werkende quantumcomputing binnen enkele jaren, niet decennia, zal worden gebouwd via een gedistribueerd netwerk van onderling verbonden quantumapparaten.

De Cisco Universal Quantum Switch is onderdeel van een breder quantumnetwerkportfolio dat onder andere Cisco's quantum network entanglement-chip omvat, die de verstrengelde fotonen genereert waarop quantumnetwerken vertrouwen om informatie te verzenden. Het portfolio omvat ook Cisco's Quantum Compiler, die orkestreert hoe quantumalgoritmen worden verdeeld en uitgevoerd over meerdere quantumprocessors. De drie technologieën zijn ontwikkeld in Cisco's quantumlabs in Santa Monica. De innovaties dragen, samen met toepassingen als Quantum Sync en Quantum Alert, bij aan Cisco's visie op een volledige quantumnetwerkstack, van de hardware die quantuminformatie genereert en routeert, tot de software die deze beheert, tot de applicaties die het in werking zetten.