Trois étapes pratiques pour construire un réseau quantique (oui, maintenant !)

Ce point de vue de l’industrie a été rédigé par Cara Alexander, chef de produit chez Aliro Quantum.

La communication quantique est une technologie en émergence rapide ancrée dans une solide tradition de théorie académique et d’expérimentation. Cependant, comme l’industrie est encore jeune, la construction d’un réseau quantique est particulièrement complexe, combinant certains des problèmes les plus difficiles de la science et de l’ingénierie. Très peu d’organisations ont des compétences à la fois en réseautage classique et en physique quantique et beaucoup considèrent le réseautage quantique comme un futur problème à résoudre. Mais l’année dernière a également vu un certain nombre d’avancées passionnantes (et certaines inquiétantes) de la technologie quantique. Quantum est là, et les avantages de penser à construire un réseau quantique maintenant sont nombreux.

Les avantages de l’adoption précoce

Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui sont capables d’effectuer certains calculs plus rapidement que leurs homologues informatiques classiques, mais ils ne seront pas en mesure de résoudre des problèmes vraiment pratiques tant qu’ils n’auront pas augmenté leur nombre de qubits et mis en œuvre la correction d’erreurs. Cela a conduit certaines organisations à retarder l’adoption de l’informatique quantique, mais cela ne fait rien pour résoudre le risque très réel que les futurs ordinateurs quantiques posent aux données cryptées sensibles d’aujourd’hui. Il est également dangereux d’ignorer la vérité indéniable que le déploiement de tout type de nouveau une solution technologique prend du temps, en particulier dans une grande industrie ou organisation conservatrice.

Les premiers utilisateurs bénéficieront d’être prêts à mettre en œuvre et à déployer pendant que les utilisations potentielles et pratiques de la technologie sont encore en cours d’élaboration. Étant donné que les ordinateurs quantiques et les réseaux quantiques obligeront les entreprises à investir dans l’infrastructure, à développer leur main-d’œuvre et à coordonner leurs systèmes et processus en fonction de leurs besoins, commencer maintenant signifie que les premiers utilisateurs seront prêts à devancer leurs concurrents de manière transparente à mesure que la technologie sera mise en ligne. Il ne s’agit pas de savoir quand le réseau quantique atteindra son plein potentiel, mais d’être prêt pour une transition en douceur afin de l’utiliser rapidement et de manière compétitive. Construire maintenant, alors que la technologie n’en est qu’à ses débuts, offre également un certain nombre d’opportunités de collaboration. Les fournisseurs ont la possibilité d’évaluer et d’affiner les applications pour des cas d’utilisation réels, en examinant les fonctionnalités, la sécurité, les performances et l’interopérabilité AVANT de déployer quoi que ce soit.

Mais par où une organisation devrait-elle commencer ? Il existe un processus général en 3 étapes qui définit certains des éléments de base essentiels pour les fournisseurs de services, les entreprises et les entités du secteur public.

Première étape : concevoir

De nombreux projets technologiques échouent sans un plan suffisamment détaillé et réaliste, et d’autres échouent parce que les fournisseurs essaient d’en faire trop, trop tôt. En raison de la grande promesse de la technologie quantique, il peut être très tentant d’investir beaucoup d’argent dans un projet et de passer directement au mode de déploiement, en se précipitant pour acheter ce que vous pouvez maintenant et en essayant de trouver des utilisations pour la technologie plus tard. Ce n’est ni efficient ni efficace.

La première étape de la construction d’un réseau quantique devrait être une phase de conception et d’émulation. Il s’agit d’un mode dans lequel les organisations identifient leurs plans, objectifs, budget et risques AVANT de commencer le processus de conception. Le succès dépendra de la capacité d’une organisation à commencer à les définir de manière très concrète. Les questions à poser incluent :

• Quelles sont les exigences spécifiques de mon organisation pour un réseau quantique ?
• Quels avantages pouvons-nous attendre des réseaux quantiques ?
• Quelle est la valeur à long terme ? Valeur à court terme ?
• De quoi pourrait-il nous protéger ?
• Qu’est-ce que cela pourrait nous débloquer en termes de capacité à faire un meilleur travail dans notre domaine unique ?
• Que pourrait-il faire pour nous en termes de capacité à offrir des services nouveaux ou différenciés ?

Une fois cela fait, les fournisseurs peuvent commencer à créer des estimations de performances réalistes pour des données de réseau concrètes ou des ébauches de conception de réseau.

C’est là qu’un simulateur entre en jeu. Une fois que le fournisseur a une compréhension claire de ce qu’il veut faire avec le réseau, il peut créer des ébauches et des conceptions, et les brancher sur un simulateur de réseau quantique pour voir s’ils apporteront de la valeur et prendront en charge le applications souhaitées. Lors du choix d’un simulateur quantique, l’ensemble du processus doit être pris en considération. Certains simulateurs examineront la petite échelle et modéliseront ce qui se passe physiquement au niveau photonique, et d’autres se concentreront sur une grande échelle en examinant le comportement du réseau dans son ensemble et à quoi ressemblent les protocoles réseau. Si l’organisation souhaite sérieusement créer un plan cohérent pour construire un réseau quantique, le simulateur doit être suffisamment flexible pour modéliser l’ensemble de la pile du réseau, du niveau photonique à l’ensemble du réseau.

Une fois qu’un fournisseur exécute des conceptions via le simulateur et surveille les performances, il peut commencer à prendre des décisions éclairées et basées sur les données concernant les compromis nécessaires en matière de coût, de performances et de placement des nœuds. Ensuite, il peut évaluer les performances et l’interopérabilité des modalités matérielles et des appareils concurrents avant l’achat, en excluant les incompatibilités évidentes et subtiles.

À ce stade, les fournisseurs peuvent également discerner quels cas d’utilisation sont viables sur la mise en œuvre du réseau prévue, ainsi que définir et gérer les attentes concernant ce dont le réseau complet sera capable. Tout comme les réseaux classiques, les réseaux quantiques comprendront une pile de logiciels en couches qui aide le matériel à fonctionner comme un réseau fonctionnel plutôt que comme une expérience. Ce logiciel peut également être construit, développé, testé et affiné pendant la phase d’émulation et de simulation. La création de la pile réseau complète, le développement de procédures de test, l’analyse comparative des protocoles, la création d’interfaces pour les applications et la collaboration de tous ces éléments AVANT d’acheter du matériel réduisent considérablement les coûts et les risques. De plus, il permet une progression ininterrompue même face aux longs délais de livraison du matériel causés par les limitations généralisées de la chaîne d’approvisionnement.

Deuxième étape : essai

La deuxième étape de la construction d’un réseau quantique est un mode pilote et d’essai où les fournisseurs créent un petit banc d’essai, essaient des choses et déboguent. C’est le moment et l’endroit idéaux pour déterminer ce qui doit changer avant de passer à l’échelle. Passer par l’étape de conception et d’émulation élimine d’abord beaucoup des surprises que les fournisseurs trouveraient habituellement lors d’un projet pilote et rend cette deuxième phase plus efficace. Cependant, il n’y a pas de substitut pour mettre la main sur du matériel physique et relever les défis uniques associés à l’exploitation optimale de différentes modalités et appareils, surtout si vous avez l’intention de réaffecter des ressources de télécommunications existantes. Au cours de cette phase, l’organisation construit un réseau quantique à petite échelle qui est utilisé pour caractériser et optimiser les performances et se familiariser avec la technologie en interne. De plus, cela offre une opportunité cruciale de tester l’interopérabilité entre les dispositifs de réseau quantique, les composants optiques et l’infrastructure existante allant de la fibre optique déployée au logiciel.

Le pilote est également l’endroit où les fournisseurs peuvent démontrer une preuve de concept concrète aux principales parties prenantes et sécuriser le budget et l’allocation des ressources pour un déploiement à grande échelle.

Troisième étape : Déployer

Une fois que le fournisseur a construit une base solide avec l’émulation et le pilotage, il peut en toute confiance faire évoluer les réseaux quantiques et intégrer des applications de bout en bout. Avec un opérationnel

réseau quantique basé sur l’intrication, les fournisseurs peuvent prendre en charge des applications transformatrices dans les communications sécurisées quantiques, la détection quantique distribuée, l’informatique quantique aveugle et la prochaine application tueuse que nous n’avons même pas encore identifiée.

Un avenir incertain mais certainement passionnant

Nous en sommes encore aux premiers stades du développement et de la prolifération de la technologie des réseaux quantiques. Cependant, alors que les progrès commencent à s’accélérer et que de nouveaux défis sont identifiés et surmontés chaque jour, un point d’inflexion semble proche. Bien que nous n’ayons aucune idée des capacités techniques et des transformations sociales qu’un futur Internet quantique apportera ou même de ce que sera la prochaine innovation, nous savons qu’il existe actuellement des utilisations pratiques et des moyens clairs et concrets de démarrer la mise en œuvre du réseau quantique.

Cara Alexander est chef de produit chez Aliro Quantum. Elle a une formation universitaire diversifiée allant de l’astrophysique stellaire à la physique médicale et aux réseaux de neurones profonds appliqués. Dans les secteurs public et privé, elle s’est concentrée sur l’apport d’avancées hautement techniques dans les sciences quantitatives hors du laboratoire et dans la vie des gens en créant des solutions tangibles fonctionnelles et transformatrices.

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