Cisco sur la voie du datacenter quantique

Organisé récemment par Cisco Research, le Quantum Summit 2024 a témoigné des efforts considérables déployés actuellement dans le développement des réseaux et des centres de données quantiques opérationnels. Le sommet, qui s’est tenu les 25 et 26 septembre derniers à Berlin, a attiré des experts de l'industrie pour discuter des travaux en cours sur tout ce qui est quantique, depuis le réseau jusqu’à la sécurité. Mais ce sont les recherches menées par Cisco dans le domaine du datacenter quantique qui ont le plus retenu l'attention. « Tel que l’envisage Cisco, le centre de données quantique aura la capacité d'exécuter de nombreux circuits quantiques, de disposer d'un réseau d’interconnexion dynamique et d'utiliser divers protocoles de génération d'intrication », a déclaré Reza Nejabati, responsable de la recherche quantique au sein du groupe de développement avancé Cisco Outshift, lors d'une présentation.

« La recherche universitaire a bien conscience que l'informatique quantique ne peut pas devenir utile par une mise à l’échelle monolithique à hauteur de dizaines de millions de qubits, ce n'est pas pratique », a ajouté M. Nejabati. « Il semble, du moins avec la technologie actuelle, qu'il soit plus réaliste de construire un réseau d'ordinateurs quantiques plus petits. D’où la notion de datacenter, c'est-à-dire l’idée de construire un réseau reliant un grand nombre de petits processeurs dans un environnement contrôlé, le data center warehouse et de les fournir en tant que service à une base d'utilisateurs plus large. C'est la définition de base d'un centre de données quantique », a expliqué M. Nejabati.

À terme, l’objectif est de prendre en charge un grand nombre d'utilisateurs dans un environnement évolutif et multi-locataire. (Crédit Cisco)

Réutiliser le réseau classique pour le quantique

Plus tôt cette année, Cisco s’était prononcé en faveur de centres de données quantiques qui pourraient utiliser des modèles LAN classiques et des liaisons par fibre optique pour relier les ordinateurs quantiques, ou un réseau quantique qui transmettrait des bits quantiques (qubits) à partir de serveurs quantiques à des vitesses élevées pour gérer des applications commerciales. « En même temps, chacun aura envie de connecter ses capteurs quantiques ensemble, mais aussi ses appareils IoT et d'autres dispositifs de capteurs via un réseau, non seulement pour bénéficier d'une meilleure détection et précision, mais aussi pour avoir une détection distribuée sur sa zone de couverture », a poursuivi M. Nejabati. « Cependant, il s’agit de ne pas obliger les clients à réinstaller un nouveau type d'infrastructure réseau pour cela, mais plutôt d'utiliser l'infrastructure fibre existante, au moins pour l'intrication quantique, et d'ajouter ensuite le contrôle et la gestion », a indiqué M. Nejabati.

« En termes de réseau, de gestion et de contrôle, Cisco développe son propre fabric de réseau d'intrication quantique appelée QFabric, lequel serait le cœur d'un commutateur quantique et garantirait le fonctionnement du processus d'intrication quantique entre un ordinateur quantique et l'interconnexion des capteurs », a précisé M. Nejabati. « Le commutateur prend en charge la commutation non bloquante de photons intriqués de n'importe quel port d'entrée à n'importe quel port de sortie et prend en charge plusieurs modes d'intrication. Il affichera une perte ultra-faible et une gigue temporelle pour la commutation de port à port afin d'assurer la connectivité. À terme, l’objectif est de prendre en charge un grand nombre d'utilisateurs dans un environnement évolutif et multi-locataire grâce à ce réseau quantique à commutation dynamique », a avancé M. Nejabati.

Plus de sécurité dans le réseau

Outre les fonctions de mise en réseau, l'environnement QFabric sera utilisé pour garantir un réseau quantique sûr. Par exemple, QFabric convient parfaitement à une distribution de clés évolutive. « Nous travaillons à la construction d'une plateforme permettant de créer un système hybride de gestion et de distribution des clés qui réunit la cryptographie post-quantique (Post-quantum Cryptography, PQC) et la distribution quantique des clés (Quantum Key Distribution, QKD) », a fait savoir M. Nejabati. « De plus, toute solution de sécurité repose sur un générateur de nombres aléatoires, et la cryptographie impose que ce générateur soit parfait. Pour cela, Cisco a développé son propre générateur de nombres aléatoires quantiques en interne ».

La PQC comprend des algorithmes cryptographiques complexes qui devraient protéger les ordinateurs quantiques contre des attaques sophistiquées. « La PQC sera adoptée par les navigateurs, les systèmes d'exploitation et les bibliothèques, et les innovateurs expérimenteront en l'intégrant dans des protocoles comme SSL/TLS 1.3, qui régit la cryptographie classique », a préconisé Cisco. « La PQC sera aussi adoptée par les entreprises qui cherchent à garantir la sécurité des données dans le monde post-quantique ». Aujourd’hui, le besoin d'une telle sécurité devient critique, car les acteurs malveillants utilisent déjà des vecteurs d'attaque pour se préparer aux capacités de décryptage à venir des ordinateurs quantiques.

Recombiner les protocoles et les algorithmes de routage

Outre ce travail sur le fabric de réseau quantique, l’équipementier développe un ensemble de logiciels capable de proposer la meilleure façon d'enchevêtrer, axés sur l'effort de distribution, le protocole et les algorithmes de routage, l’ensemble étant inclus dans une pile de protocole et un compilateur appelé Quantum Orchestra. « Nous développons un orchestrateur quantique conscient du réseau, sorte de framework général qui prend en compte les tâches quantiques en termes de circuits quantiques, ainsi que la topologie du réseau, et comprend par ailleurs comment et où sont distribués les différents dispositifs quantiques à l'intérieur du réseau », a détaillé Hassan Shapourian, responsable technique de Cisco Outshift. « L'orchestrateur nous permettra de modifier un circuit pour bénéficier de la meilleure distribution. Nous allons également décider quel circuit de variationnel quantique (Quantum Variational Circuit, QVC) logique attribuer à tel appareil quantique et comment il communiquera avec tel ou tel appareil à l'intérieur d'un rack ».

« Après cela, nous devons programmer un ensemble de configurations de commutateurs pour permettre des générations d'intrication de bout en bout de manière à assurer une connectivité réelle. Cela implique le routage ainsi que la gestion des ressources, parce que nous allons partager les ressources, l'objectif final étant de réduire au minimum le temps d'exécution ou les événements de commutation, et le résultat serait un ensemble d'instructions pour les commutateurs », a attesté M. Shapourian. Selon le responsable technique de Cisco Outshift, la plupart des travaux entrepris jusqu'à présent par Cisco avec l'Orchestrator ont consisté en des simulations visant à déterminer si la multi-location et d'autres fonctions telles que la fourniture de données via des chemins quantiques multiples plutôt que point à point fonctionnaient ensemble. Le fournisseur devrait publier un document sur les résultats dans le courant de l'année.