Hoy se anuncian dos hitos:

1. Presentación del chip de entrelazamiento de red cuántica de Cisco, un prototipo de investigación y una tecnología revolucionaria que permite escalar las redes cuánticas y conectar procesadores cuánticos para aplicaciones prácticas.
2. Inauguración de Cisco Quantum Labs, el laboratorio de investigación especializado localizado en Santa Mónica, California, donde científicos e ingenieros cuánticos están creando las tecnologías de redes cuánticas del futuro.

Romper la barrera de la escala cuántica

Este es el reto: los procesadores cuánticos actuales sólo tienen cientos de qubits, mientras que las aplicaciones requieren millones. Incluso las hojas de ruta más ambiciosas de la computación cuántica sólo contemplan unos pocos miles de qubits para 2030.

Hace décadas, la informática clásica se enfrentaba a retos similares hasta que se empezaron a conectar nodos más pequeños entre sí a través de la infraestructura de redes para crear potentes sistemas distribuidos dentro de los centros de datos y la computación en nube. Al igual que el uso de grandes sistemas informáticos clásicos monolíticos se fue eliminando, el futuro de la cuántica no reside en un único ordenador cuántico monolítico. Los centros de datos cuánticos a gran escala, donde los procesadores trabajan juntos a través de redes especializadas, serán el camino práctico y factible hacia el futuro.

Las empresas que construyan procesadores cuánticos se beneficiarán de las tecnologías de redes cuánticas de Cisco para escalar sus sistemas. Al construir esta infraestructura, la empresa contribuye a acelerar todo el ecosistema cuántico.

El chip de entrelazamiento de la red cuántica

Un elemento clave de la visión de las redes cuánticas es el chip de entrelazamiento de redes cuánticas de Cisco, desarrollado como prototipo en colaboración con la Universidad de California en Santa Bárbara. Genera pares de fotones entrelazados que permiten una conexión instantánea sin importar la distancia mediante teletransporte cuántico, lo que Einstein describió como “espeluznante acción a distancia”[1].

Lo que hace que este chip de entrelazamiento destaque:

• Funciona con la infraestructura existente: opera con longitudes de onda estándar de telecomunicaciones y, por tanto, puede aprovechar la infraestructura de fibra óptica existente.
• Despliegue práctico: funciona a temperatura ambiente como un chip fotónico integrado (PIC) miniaturizado, lo que lo hace adecuado para el despliegue escalable de sistemas hoy en día.
• Eficiencia energética: consume menos de 1 mW de energía
• Alto rendimiento: 1 millón de pares de entrelazamientos de alta fidelidad por canal de salida, con una tasa de hasta 200 millones de pares de enredos por segundo en chip.

Del laboratorio a la realidad

Aunque hoy se inauguran oficialmente las instalaciones de Cisco Quantum Labs en Santa Mónica, su equipo lleva años desarrollando los fundamentos de la pila de redes cuánticas. El laboratorio es una instalación en la que los investigadores pueden experimentar con soluciones de redes cuánticas que aúnan conceptos teóricos e implementación práctica. El enfoque seguido se detalla en el artículo arXiv “Quantum Data Center Infrastructures“, que describe la arquitectura necesaria para los sistemas de computación cuántica distribuida.

Además del chip de entrelazamiento, el laboratorio se utiliza para avanzar en la investigación de prototipos de otros componentes críticos para completar la visión de la pila de redes cuánticas, incluidos protocolos de distribución de entrelazamiento, un compilador de computación cuántica distribuida, un kit de desarrollo de redes cuánticas (QNDK) y un generador cuántico de números aleatorios (QRNG) que utiliza ruido de vacío cuántico. Pronto habrá anuncios de más componentes de la hoja de ruta para la infraestructura de centros de datos cuánticos a medida que se complete la visión de la pila de redes cuánticas.

Paralelamente, los equipos de Cisco están implementando las normas NIST de criptografía poscuántica (PQC) en toda su cartera, garantizando que las redes clásicas sigan siendo seguras en un mundo poscuántico.

Redes cuánticas en dos direcciones estratégicas

La estrategia de redes cuánticas sigue dos caminos complementarios:

• Red cuántica para el mundo cuántico: se está construyendo una infraestructura para conectar procesadores cuánticos a escala, haciendo posible la computación cuántica distribuida, la detección cuántica y algoritmos de optimización que podrían transformar aplicaciones críticas como el descubrimiento de fármacos, la ciencia de materiales y problemas logísticos complejos. El chip de entrelazamiento de redes cuánticas es fundamental para esta visión.
• Redes cuánticas para el mundo clásico: aunque los problemas prácticos de la computación cuántica pueden estar a unos cuantos años de distancia, los principios de las redes cuánticas ofrecen ventajas inmediatas a los sistemas clásicos a través de casos de uso como la comunicación segura a prueba de intrusos, la sincronización horaria ultraprecisa, la señalización de decisiones y la verificación segura de ubicaciones.

Lo que hace poderoso este enfoque de las redes cuánticas es que se centra tanto en el desarrollo de software como de hardware. Al desarrollar componentes propios de hardware de red, como el chip, junto con toda la pila de software, se obtienen conocimientos únicos sobre cómo estos elementos funcionan juntos para construir una infraestructura de red cuántica completa. Mientras que algunas organizaciones se centran únicamente en un tipo de tecnología de computación cuántica (superconductores, trampas de iones o sistemas basados en átomos neutros), Cisco está construyendo un marco independiente del proveedor que funciona con cualquier tecnología de computación cuántica. Este enfoque refleja la fortaleza histórica de esta empresa en el ámbito de las redes: no se necesita elegir ganadores porque se está construyendo el tejido de redes que permitirá escalar diversas tecnologías cuánticas.

Para una inmersión técnica más profunda en cómo funciona el chip de entrelazamiento de red cuántica y la arquitectura del centro de datos cuántico, se puede echar un vistazo al blog de Ramana Kompella, Cisco Fellow y VP de Cisco Research y Reza Nejabati, Jefe de Investigación Cuántica y Cisco Quantum Labs.