Wallisellen – Cisco (NASDAQ: CSCO), Anbieter von Unternehmensnetzwerk- und Cybersicherheitslösungen, hat heute den «Cisco Universal Quantum Switch» vorgestellt, einen funktionsfähigen Forschungsprototyp. Er ist ein weiterer Beleg für die Fortschritte von Ciscos Quantennetzwerkprogramm, das auf jahrelanger Grundlagenforschung, Praxistests und einem wachsenden Partnernetzwerk beruht.
Quantencomputer kodieren Informationen auf unterschiedliche Weise. Bislang fehlte jedoch ein Switch, der alle gängigen Kodierungsmodi verarbeiten und umwandeln konnte, ohne die Quanteninformation zu zerstören. Genau hier setzt der Cisco Universal Quantum Switch an: Er leitet Quanteninformationen bei Raumtemperatur über bestehende Telekommunikations-Glasfasernetze weiter. Eine von Cisco patentierte Konvertierungs-Engine übernimmt die Umwandlung der Kodierungsmodi bei der Ein- und Ausgabe.
«Dies ist ein entscheidender Moment für unser Quantenprogramm und zeigt das Potenzial von Quantennetzwerken», sagt Vijoy Pandey, SVP/GM von Outshift, der Emerging Technologies and Incubation Group von Cisco. «Wir haben früh erkannt, dass die Vernetzung von Quantensystemen der Schlüssel zu Skalierbarkeit ist und haben nun einen wichtigen Schritt gemacht, um diese Vision Wirklichkeit werden zu lassen. Das ist eine Errungenschaft, aber erst der Anfang. Der Weg ist noch lang, doch die Auswirkungen dieser Technologie werden tiefgreifend sein.»
Netzwerke als Grundlage für skalierbares Quantencomputing
Heutige Quantencomputer sind zwar leistungsstark, stossen aber noch an Grenzen: Sie arbeiten mit Hunderten von Qubits, während reale Anwendungen im Gesundheitswesen, im Finanzsektor sowie in der Luft- und Raumfahrt künftig Millionen von Qubits benötigen, um bislang unerreichte Geschwindigkeiten und technologische Durchbrüche zu ermöglichen. Cisco sieht Netzwerke und Konnektivität als entscheidende Hebel, um diese Lücke zu schliessen. Die Zukunft des Quantencomputings wird dabei nicht von einem einzelnen Unternehmen oder einer einzelnen Technologie geprägt. Sie entsteht durch ihre Vernetzung.
Ähnlich wie klassische Switches das Internet möglich gemacht haben, soll der Cisco Universal Quantum Switch künftig Quantensysteme miteinander vernetzen. Er nimmt eingehende Signale unabhängig von ihrer Kodierung auf, übersetzt sie in eine gemeinsame Sprache und überträgt sie an das Zielsystem – ohne dabei Quanteninformationen zu verlieren.
Herzstück des Quantum Switch ist die von Cisco patentierte Konvertierungs-Engine. Sie kann die Eingangsmodalität unverändert weitergeben oder in eine andere Ausgangsmodalität übersetzen. Dadurch lassen sich Quantensysteme miteinander verbinden und Quanteninformationen unverändert zwischen Systemen übertragen, die ursprünglich nicht für eine direkte Kommunikation ausgelegt waren. Dies ist eine zentrale Voraussetzung für hersteller- und technologieübergreifend funktionierende Quantennetzwerke. Der Cisco Universal Quantum Switch unterstützt die wichtigsten Kodierungsmodi zur Übertragung von Quanteninformationen. Dazu gehören Polarisation, Zeit, Frequenz und räumliche Pfade.
Proof-of-Concept-Experimente und Ergebnisse
Die Proof-of-Concept-Experimente zeigten, dass sich Quanteninformationen schnell, präzise und effizient zwischen Systemen übertragen und umwandeln lassen, ohne dabei verloren zu gehen.
Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen:
- Quanteninformationen bleiben bei Umwandlung erhalten: Weniger als 4 Prozent Verlust bei Genauigkeit und Verschränkung.
- Quantennetzwerktaugliche Geschwindigkeit: Umschaltzeiten im Subnanosekundenbereich, sodass Verbindungen in nur einer Nanosekunde neu konfiguriert werden.
- Energieeffizienz: Stromverbrauch liegt unter 1 Milliwatt.
Das Quantennetzwerk der Zukunft
Die Quantennetzwerktechnologie befindet sich noch am Anfang. Es gibt keine etablierte Infrastruktur zur Verbindung von Quantensystemen. Die meisten Systeme können nur mit anderen Systemen kommunizieren, die Informationen auf dieselbe Weise kodieren.
Der Cisco Universal Quantum Switch verfolgt einen völlig neuen Ansatz:
- Alleinstellungsmerkmal: Der Cisco Universal Quantum Switch unterstützt alle gängigen Kodierungsmodalitäten und verfügt über eine patentierte Konvertierungsfunktion, die derzeit in keinem anderen Produkt auf dem Markt zu finden ist.
- Betrieb bei Raumtemperatur: Es ist keine kryogene Kühlung erforderlich, wodurch der Bedarf an spezieller Kühlinfrastruktur entfällt. Das senkt Komplexität und Kosten.
- Kompatibel mit bestehender Infrastruktur: Er nutzt Standard-Telekommunikationsfrequenzen und bestehende Glasfasernetzte ohne spezielles Equipment.
- Verbindet Systeme: Der Quantum Switch ermöglicht die Interoperabilität von Quantengeräten verschiedener Hersteller und reduziert die Abhängigkeit von einzelnen Anbietern.
- Für den gesamten Stack konzipiert: Der Quantum Switch ist Teil der End-to-End-Architektur für verteilte Quantennetzwerke von Cisco und umfasst Hardware-, Software- und Anwendungsschichten.
Ciscos Vision für die Zukunft
Cisco ist überzeugt, dass der Weg zu praxistauglichem Quantencomputing über verteilte Netzwerke miteinander verbundener Quantensysteme führt und in wenigen Jahren, nicht erst in Jahrzehnten, Realität wird.
Der Cisco Universal Quantum Switch ist Teil eines umfassenderen Portfolios. Dazu zählt auch ein Quantenchip zur Erzeugung verschränkter Photonen, auf die Quantennetzwerke zur Informationsübertragung angewiesen sind. Hinzu kommt der branchenweit erste netzwerkorientierte Quantum Compiler, der die Verteilung und Ausführung von Quantenalgorithmen über mehrere Prozessoren hinweg koordiniert. Alle drei Entwicklungen stammen aus dem Quantenlabor von Cisco in Santa Monica.
Zusammen mit Anwendungen wie Quantum Sync und Quantum Alert bilden sie die Grundlage für einen vollständigen Quanten-Netzwerk-Stack – von der Hardware über die Software bis hin zu den Anwendungen. Strategische Kooperationen mit IBM, Qunnect, Atom Computing und weiteren Partnern treiben Ciscos Vision zusätzlich voran. (Cisco/mc/ps)