Cisco stellt Quantennetzwerk-Controller vor und schafft eine Steuerungsschicht für Quantennetzwerke

de.wedoany.com-Bericht: Am 6. Oktober veröffentlichte Cisco den Forschungsprototyp Quantum Network Controller und aktualisierte zeitgleich den Network-Aware Quantum Compiler. Der neue Controller befindet sich zwischen der Quantenhardware und den Anwendungen und übernimmt automatisch die Zuweisung von Quantennetzwerkressourcen, die Pfadkonfiguration, die Linküberwachung und die Fehlerbehebung auf Grundlage der von der Anwendung angegebenen Endpunkte, Verschränkungsraten, Fidelitäten und Zeitvorgaben.

Der Controller verwendet eine Architektur mit Hardware-Abstraktionsschicht und bietet jeweils einheitliche Schnittstellen für Verschränkungsquellen, Quantenswitches, Detektoren und Zeitsysteme, sodass Quantennetzwerkgeräte verschiedener Hersteller über dieselbe Steuerungsschicht angebunden werden können. Cisco bezeichnet dieses Dienstmodell als „Entanglement as a Service": Anwendungen müssen die zugrunde liegenden optischen Geräte nicht direkt konfigurieren, sondern übermitteln dem Controller ihren Bedarf an Verschränkungsverbindungen, woraufhin der Controller die Geräte fortlaufend koordiniert und den Verbindungszustand aufrechterhält.

Quantenlinks lassen sich nicht wie traditionelle Netzwerke durch direktes Auslesen von Datenpaketen überwachen. Der Controller von Cisco verifiziert die Linkqualität auf statistische Weise; bei Leistungsabweichungen kann er gemäß vordefinierter Richtlinien neu abstimmen, erneut versuchen oder neu initialisieren. Nach Abschluss einer Anwendungsaufgabe gibt der Controller die entsprechenden Hardwareressourcen frei. Der Network-Aware Quantum Compiler ist dafür zuständig, Quantenrechenaufgaben auf verschiedene Prozessoren aufzuteilen und die benötigten Knoten, Verschränkungsmengen und Fidelitäten in Netzwerkanfragen umzuwandeln, die dann vom Controller ausgeführt werden.

Diese Steuerungsschicht baut auf dem zuvor von Cisco veröffentlichten universellen Quantenswitch auf. Der universelle Quantenswitch ist für das Routing von Quanteninformationen zwischen verschiedenen Quantencodierungsmodi und Knoten zuständig, während der neue Controller zusätzlich festlegt, mit welchen Partnern Verbindungen aufgebaut werden, in welcher Reihenfolge Ressourcen zugewiesen werden und wie lange der Betrieb dauert. Nach dem Netzwerkmodell von Cisco wären bei 1000 Quantenknoten, die alle punktuell miteinander verbunden sind, nahezu 500.000 unabhängige Links erforderlich; eine gemeinsame Vermittlungsstruktur und eine zentrale Steuerungsschicht dienen dazu, diesen Bedarf an Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu verringern.

Im Februar dieses Jahres hat die Cisco-Software gemeinsam mit Partnerausrüstung auf einer in New York verlegten kommerziellen Kommunikationsfaser mit 17,6 Kilometern Länge Tests zur Mehrknoten-Verschränkungsverteilung und zum Verschränkungstausch abgeschlossen und dabei bei Raumtemperatur eine Polarisationsfidelität von über 99 % erreicht. Die betreffenden Tests nutzten Quantenhardware mehrerer Anbieter, um die Fähigkeit der Software zu validieren, heterogene Geräte und Glasfasernetze im Produktivbetrieb zu koordinieren.

Derzeit handelt es sich beim Quantum Network Controller noch um einen Forschungsprototyp, der nicht in den regulären kommerziellen Vertrieb gelangt ist. Cisco führt mit einigen Partnern Validierungen in realen Netzwerkumgebungen durch und plant, in den kommenden etwa zwei Jahren Betriebsdaten unter realen Glasfaserbedingungen zu sammeln, darunter Faser-Dämpfung, Vibrationen, Umgebungsänderungen und Kompensationsmechanismen. Der aktualisierte Network-Aware Quantum Compiler wird derzeit 30 Tage lang kostenlos zur Testversion angeboten.