IBM und Cisco wollen gemeinsam Quantencomputer vernetzen

Cisco

Noch kämpfen die Quantencomputer mit ihren „Kinderkrankheiten“ – etwa der Fehlertoleranz oder der Stabilität. Nach ca. 5.000 Berechnungen verlieren laut IBM aktuelle Quantencomputer ihre Quanteneigenschaft und benötigen eine Pause. Dennoch haben Cisco und IBM bereits das nächste Ziel vor Augen. Bis 2030 wollen sie ein Proof of-Concept erarbeiten, das es erlaubt, Quantencomputer miteinander zu vernetzen.

Eine Innovation, die genau zum richtigen Zeitpunkt käme, denn mit ersten fehlertoleranten Quantencomputern rechnet man bei IBM für 2029. Eine solche Quantenvernetzung würde eine zusätzliche Skalierungsoption eröffnen, neben immer größeren Einzelcomputern mit leistungsstärkeren QPUs, die mit mehr Qubits rechnen.

Skalieren durch Vernetzung

Ein Verbund aus einzelnen, fehlertoleranten Quantencomputer könnte Berechnungen über Zehntausende bis Hunderttausende von Qubits hinweg ausführen. Ein solches vernetztes System wäre dann in der Lage, Probleme mit potenziell Billionen von Quanten-Gattern zu lösen. Die potenziellen Auswirkungen klingen gewaltig: Für transformative Quantenanwendungen wie massive Optimierungsprobleme oder die Entwicklung komplexer Materialien und Medikamente stünde genügen Rechenleistung zur Verfügung.

Anfangs geht es nur darum, mehrere getrennte Quantencomputern, die sich in unterschiedlichen kryogenen Umgebungen in einem Rechenzentrum befinden, miteinander zu verschränken. Später sollen dann größere Distanzen überbrückt werden. So will man in einem zweiten Schritt etwa mit optischen Photonen- und Mikrowellen-Optik-Transducer-Technologien Gebäude oder Rechenzentren miteinander verbinden. Dies würde den Pfad zu einem exponentiell großen Rechenraum eröffnen. Als Endziel sollen bis Ende der 2030er Jahre die Grundlagen für ein zukünftiges Quanten-Computing-Internet erarbeitet werden.

Challenges der Quanten-Vernetzung

Was auf dem Papier einfach klingt, birgt in der Praxis erhebliche Herausforderungen. Damit getrennte Quantencomputer miteinander rechnen können, muss eine Quanten-Netzinfrastruktur die zerbrechlichen Quantenzustände bewahren, Verschränkungsressourcen verteilen sowie die Teleportation zwischen Quantencomputern ermöglichen. Dabei gilt es, Operationen mit einer Präzision im Sub-Nanosekundenbereich zu synchronisieren.

Mit der Quantum Networking Unit (QNU) soll IBM das entscheidende Verbindungselement liefern. Diese QNU dient als Schnittstelle zur QPU und hat die explizite Aufgabe, stationäre Quanteninformationen in der QPU in „fliegende“ Quanteninformationen umzuwandeln, um sie über das Netzwerk mit potenziell mehreren Quantencomputern zu verknüpfen.

Cisco wiederum entwickelt ein Hochgeschwindigkeits-Softwareprotokoll-Framework. Dieses kann kontinuierlich und dynamisch Netzwerkpfade rekonfigurieren, um die Entanglements bedarfsgerecht an die QNUs zu verteilen.