Con sus innovaciones cuánticas fundamentales, Cisco impulsa una revolución tecnológica que podría ayudar a resolver problemas globales e industriales urgentes.
El ámbito cuántico, con su enorme potencial en informática, ha sido objeto de estudio en centros de investigación durante muchos años.
Pero el Laboratorio Cuántico de Cisco —y su recién anunciado chip fuente de entrelazamiento cuántico— van más allá de la investigación.
Para Cisco, se trata de aplicar el misterioso poder de la tecnología cuántica a tecnologías prácticas. Es decir, soluciones que podrían ayudar a resolver desafíos críticos a nivel global e industrial, y comercializarlos más rápido de lo que se espera.
“La computación cuántica es inmensamente prometedora”, afirmó Reza Nejabati, director de los Laboratorios Cuánticos de Cisco. “Imagine descubrimientos rápidos de fármacos, ciencia de materiales de vanguardia, pronósticos meteorológicos precisos, almacenamiento de energía altamente eficiente y avances gigantescos en IA. La computación cuántica podría ayudarnos a resolver algunos de los desafíos más urgentes de la humanidad”.
Pero el impacto de la tecnología cuántica no se sentirá a menos que sea fácilmente accesible, interoperable con las computadoras “clásicas” y las redes basadas en fibra de la actualidad, y protegida contra las amenazas de seguridad cuántica de próxima generación.
“Queremos asegurarnos de que la tecnología que desarrollamos sea práctica en términos de costo, complejidad y escalabilidad”, agregó Nejabati, “para que estos beneficios puedan materializarse y compartirse ampliamente en la sociedad”.
El Laboratorio Cuántico, con sede en Santa Mónica, está rompiendo esta barrera de escalabilidad. Al innovar los componentes fundamentales de hardware y software para una red cuántica y la interconexión de centros de datos —empezando por su chip de entrelazamiento cuántico de bajo consumo y temperatura ambiente—, promete acelerar la llegada de la computación cuántica práctica de décadas a cinco o incluso tres años.
Vijoy Pandey, gerente general y vicepresidente senior del motor de incubación e innovación Outshift de Cisco , resumió la estrategia cuántica de la empresa.
“En lugar de esperar enormes computadoras cuánticas monolíticas”, dijo, “estamos construyendo la red cuántica para conectar procesos cuánticos más pequeños en un sistema distribuido, lo que podría acelerar el cronograma para aplicaciones prácticas”.
Es un enfoque que aprovecha las fortalezas únicas de Cisco, según Zeus Kerravala, analista principal de ZK Research .
“Reflejando su papel fundamental en la infraestructura de internet”, afirmó Kerravala, “Cisco está bien posicionado para construir un marco de redes cuánticas independiente del proveedor y desarrollar tecnologías cruciales como su chip de entrelazamiento. Este enfoque aprovecha la experiencia histórica de Cisco en redes para conectar diversas plataformas cuánticas, acelerando la implementación práctica de la computación cuántica sin que los clientes tengan que apostar por una sola tecnología”.
Soluciones concretas a las acciones cuánticas ‘espeluznantes’
Pero ¿qué es el entrelazamiento y cómo sería una red cuántica?
Einstein llamó al entrelazamiento cuántico «una acción fantasmal a distancia», mientras que Pandey lo comparó con la magia. Desde cualquier punto de vista, es un fenómeno desconcertante.
En la computación «clásica», los dígitos binarios, o bits, se representan con unos y ceros. Pero las computadoras cuánticas emplean bits cuánticos, llamados cúbits. En los cúbits, los unos y los ceros están representados por partículas cuánticas como iones o fotones. Y esos unos y ceros cuánticos están superpuestos. Es decir, pueden existir en diferentes estados simultáneamente. Aún más extraño, las partículas cuánticas pueden entrelazarse. Es decir, sus estados se correlacionan y conectan, independientemente de la distancia.
Al aprovechar estos fenómenos, las computadoras cuánticas pueden procesar simultáneamente un gran potencial de resultados, a diferencia del modelo clásico, que solo alterna entre unos y ceros, uno a la vez. Además, las partículas entrelazadas pueden transferir o compartir información, a cualquier distancia, mediante un fenómeno propio de Star Trek, conocido como teletransportación.
“Lo mejor de esto es que los fotones u otras partículas podrían estar separados físicamente, incluso a una gran distancia”, explicó Ramana Kompella, director de Cisco Research y miembro distinguido de Cisco. “El entrelazamiento nos permite transferir información cuántica mediante el fenómeno de la teletransportación”.
Haciendo que todo funcione en el mundo real
Como afirmó Kompella además, transferir qubits a través de una red no solo requiere fotones entrelazados, sino muchos de ellos.
“El primer paso para transferir información cuántica es distribuir estos entrelazamientos”, dijo. “Y cada cúbit consumirá un par de fotones entrelazados. Esto significa que, si se quieren transferir millones de cúbits, se necesitan millones de fotones entrelazados”.
Ahí es donde entra en juego el chip fuente de entrelazamiento cuántico. Pandey lo llamó «el primer componente de una red cuántica». Y Nejabati describió su potencia y sus atributos únicos.
“Nuestro chip puede generar hasta 200 millones de pares de fotones entrelazados por segundo”, dijo Nejabati. “Es una velocidad muy alta. Lo logramos inyectando luz láser en nuestro chip, que convierte cada fotón en dos fotones entrelazados de menor energía. Y como están entrelazados a la frecuencia de las telecomunicaciones, se pueden transportar fácilmente. No se necesita un catalizador de transporte especial; basta con una fibra normal para transferir los fotones entrelazados”.
Esa compatibilidad con la infraestructura existente es lo que diferencia las innovaciones cuánticas de Cisco.
«Este chip fuente será la base de nuestra red cuántica», añadió Nejabati. «Nuestro objetivo final es permitir la escalabilidad de la computación cuántica».
El chip fuente de entrelazamiento es solo un elemento de la red cuántica. Cisco ya está desarrollando otros componentes clave, como un conmutador que puede transportar y enrutar cúbits sin alterar las propiedades de entrelazamiento, y una tarjeta de interfaz de red para conectar computadoras cuánticas a una red cuántica.
Si bien la versión actual del chip fuente de entrelazamiento es un prototipo de investigación, su rendimiento es impresionante. Industrias como las financieras, la logística, la medicina y la robótica están tomando nota, junto con sus socios de diseño, para acelerar el progreso hacia productos comerciales. Las aplicaciones a corto plazo podrían incluir la verificación segura de la posición cuántica, la coordinación instantánea de decisiones (por ejemplo, en operaciones financieras) y la sincronización temporal ultraprecisa (por ejemplo, en la industria autónoma y la robótica).
“Una característica sorprendente de este chip”, enfatizó Kompella, “es que su fidelidad es superior al 99 %. Esto significa que más del 99 % de los fotones entrelazados que genera son utilizables para información cuántica”.
Confirmando su potencial para aplicaciones prácticas, el chip funciona a temperatura ambiente y demanda muy poca energía, en un momento en que tecnologías como la IA están imponiendo cargas pesadas a los servidores, las redes y sus proveedores de energía.
«Nuestro chip es realmente elegante y fácil de implementar en centros de datos», continuó Kompella. «Gran parte de la tecnología cuántica opera a temperaturas cercanas al cero absoluto. El nuestro funciona a temperatura ambiente. Por lo tanto, no se necesitan dispositivos complejos que utilicen helio líquido para esas bajas temperaturas».
Además, cada chip tiene unos requisitos energéticos mínimos.
«El consumo de energía es inferior a un milivatio por chip», dijo Kompella. «Esa es aproximadamente la energía que se necesita para iluminar un píxel en una computadora portátil».
Amenazas cuánticas, seguridad cuántica y un ecosistema para el futuro
Por supuesto, una tecnología tan potente como la computación cuántica conlleva posibles amenazas a la seguridad, por ejemplo, al romper los cifrados existentes. Cisco está mirando hacia el futuro para afrontar estos desafíos, algunos de los cuales podrían tener implicaciones hoy. Si bien los ciberataques cuánticos pueden parecer lejanos, los hackers también miran hacia el futuro. Es posible que algunos ya estén implementando ataques de «recoger ahora, descifrar después», en los que los datos capturados hoy podrían descifrarse con tecnologías futuras.
Para contrarrestar estas amenazas, Cisco ofrece la Criptografía Postcuántica (PQC) en sus diversas líneas de productos. PQC consiste en un conjunto de métodos y algoritmos de criptografía resistentes a la tecnología cuántica, estandarizados por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). Además, Cisco admite el Protocolo de Integración de Claves Seguras (SKIP) para facilitar la integración de los sistemas de Distribución de Claves Cuánticas (QKD) con los routers Cisco. QKD utiliza principios de mecánica cuántica y redes cuánticas que proporcionan una forma segura de compartir claves criptográficas.
“Donde se intercambian claves, alguien podría potencialmente intervenir y usar una computadora cuántica para descifrarlas”, dijo Kompella. “Ahora esa porción puede transferirse a una red QKD, que aprovecha propiedades de la mecánica cuántica como el teorema de no clonación. Así, podemos prepararnos para el momento en que un espía podría intentar averiguar qué hay dentro de los paquetes. QKD es una tecnología real que ya está siendo implementada por algunos proveedores de servicios de internet, empresas de tecnología financiera y gobiernos en sus redes”.
Al mismo tiempo, Cisco está contribuyendo a establecer un ecosistema de socios de tecnología cuántica profundo y diverso. Ya colabora con importantes instituciones de investigación cuántica, como la Universidad de California en Santa Bárbara, el Chicago Quantum Exchange y el Centro de Redes Cuánticas de la Universidad de Arizona . Además, aprovecha su liderazgo en el sector para promover la cooperación y los estándares universales para la cuántica, en colaboración con organizaciones como el Instituto Nacional de Estándares y Prácticas (NIST), la Fundación Linux y el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF).
Sin embargo, a medida que las tecnologías cuánticas evolucionan, Cisco seguirá siendo un actor clave, innovando en tecnologías críticas, forjando sólidas alianzas creativas y asumiendo importantes roles de liderazgo. Al igual que la IA y otras tecnologías revolucionarias, el potencial de la cuántica para el bien es inmenso. Sin embargo, deberá utilizarse con responsabilidad, con estándares y directrices ampliamente aceptados, y con la cooperación y colaboración de las mentes más brillantes de la cuántica.
“Nos hemos posicionado para crear estas interconexiones cruciales y construir la red cuántica del futuro”, concluyó Kompella. “Pero la cuántica no se trata de una sola empresa ni de una sola institución. Realmente se necesita un pueblo entero”.
CISCO Blog. K. D. Traducido al español
