Cisco verso l’Internet del futuro con la rete quantistica

Cisco ha mostrato alla stampa i progressi più recenti delle sue ricerche nel campo della rete quantistica, con l’obiettivo di sviluppare i componenti fondamentali dell’Internet quantistico del futuro. Le novità sono state illustrate da Vijoy Pandey, SVP/GM, Outshift, Cisco Emerging Technologies & Incubation, Reza Nejabati, Head of Cisco Quantum Research & Quantum Labs, e Ramana Kompella, Head of Cisco Research.

Il calcolo quantistico

Il calcolo quantistico rappresenta uno degli strumenti computazionali più potenti mai concepiti, in grado di affrontare categorie di problemi che i sistemi tradizionali non riuscirebbero a risolvere in tempi accettabili, se non addirittura impossibili da trattare. Le applicazioni spaziano dalla modellazione finanziaria e meteorologica alla progettazione di nuovi farmaci e materiali avanzati. La meccanica quantistica, con le sue leggi controintuitive, consente di individuare soluzioni ottimali attraverso percorsi computazionali radicalmente diversi da quelli classici, con tempi di elaborazione enormemente ridotti.

Per sfruttare appieno il potenziale della meccanica quantistica in ambito computazionale, occorrono tuttavia decine di migliaia – se non milioni – di qubit (quantum bit), mentre i sistemi attualmente disponibili si attestano al massimo su qualche migliaio di qubit. Per colmare questo divario esistono due strategie: la prima prevede la costruzione di macchine sempre più grandi, attraverso una scalabilità verticale; la seconda percorre invece la via del cloud computing quantistico.

Vijoy Pandey
Interconnettendo più computer quantistici in una rete quantistica distribuita si ottiene un’architettura multi-nodo in cui i singoli sistemi condividono uno stato quantistico comune, comportandosi di fatto come un unico grande elaboratore. Si tratta di scalabilità orizzontale: una soluzione che, oltre ad amplificare la capacità di calcolo complessiva, garantisce anche elevata ridondanza, poiché un nodo malfunzionante può essere sostituito senza interruzioni di servizio. Le due strategie – scalabilità verticale e orizzontale – sono naturalmente complementari, con Cisco che ha scelto di investire nello sviluppo della rete quantistica per esplorare la seconda.

L’azienda ha sviluppato un portafoglio di componenti che copre l’intera catena tecnologica – dall’hardware al software – con chip dedicati, protocolli di rete e applicazioni native per la rete quantistica. Un traguardo significativo in questo percorso era stato annunciato a maggio dell’anno scorso: il primo chip sorgente di entanglement quantistico, un dispositivo capace di generare quattro coppie di fotoni entangled, operativo a temperatura ambiente e con una frequenza di produzione che tocca i 200 milioni di coppie entangled al secondo.

Nell’ottobre 2025 Cisco ha reso pubblico un insieme di protocolli appositamente progettati per governare il funzionamento dei dispositivi che compongono una rete quantistica, tra cui meccanismi per la distribuzione dell’entanglement e per il teletrasporto quantistico. Nello stesso periodo sono stati rilasciati anche tre prototipi applicativi nativi per l’ambiente di rete quantistico, tra i quali spicca un compilatore in grado di coordinare l’esecuzione su più nodi di calcolo (lo vediamo meglio più avanti).

Fino ad oggi, tuttavia, mancava un elemento cruciale: una soluzione in grado di superare i limiti della connessione diretta punto a punto, avvicinando l’architettura di una rete quantistica a quella di Internet, dove miliardi di dispositivi comunicano attraverso una gerarchia di switch. Con il Cisco Universal Quantum Switch, l’azienda colma questa lacuna, presentando il primo switch quantistico progettato per operare con qualsiasi tipologia di computer quantistico e per integrarsi nativamente nelle reti ottiche esistenti.

L’Universal Quantum Switch

Il nuovo Universal Quantum Switch stabilisce connessioni tra computer quantistici in modo dinamico, on-demand e arbitrario, replicando il paradigma operativo dei moderni data center, dove i nodi di elaborazione sono interconnessi in funzione dei requisiti applicativi con piena scalabilità orizzontale.

La capacità di preservare le informazioni quantistiche è un requisito imprescindibile che uno switch ottico convenzionale non è in grado di soddisfare: nel dominio quantistico è necessario mantenere una corrispondenza biunivoca e rigorosamente fedele tra stato quantistico e fotone. Il dispositivo di Cisco supporta più modalità di codifica quantistica e di entanglement, garantendo la compatibilità con sistemi di calcolo quantistico di produttori differenti e abilitando la costruzione di una rete quantistica realmente universale e vendor-agnostic.

Questa universalità consente di pianificare e implementare l’infrastruttura sin da subito, senza dover attendere la convergenza verso uno standard di calcolo quantistico dominante. Permette inoltre di costruire una rete dinamica e scalabile che supporti, a livello software, l’orchestrazione e la combinazione di modalità computazionali diverse – ciascuna ottimizzata per specifiche classi di algoritmi – all’interno della medesima infrastruttura fisica.

Reza Nejabati
Un ulteriore punto di forza è il supporto nativo ai sensori quantistici, dispositivi di rilevamento ad altissima sensibilità e versatilità. Lo switch consente di collegare direttamente questi sensori ai sistemi di elaborazione, mantenendo l’intera catena di acquisizione ed elaborazione nel dominio quantistico. Dal punto di vista tecnico, il dispositivo supporta la conversione tra le principali modalità di codifica quantistica – polarization, time-bin, frequency e path – con un tempo di commutazione di un nanosecondo. Il consumo elettrico è ridotto al minimo e l’operatività è garantita a temperatura ambiente, alle frequenze tipiche delle reti di telecomunicazione.

Hardware e software per il calcolo quantistico

Con il nuovo Universal Quantum Switch è ora possibile gettare le fondamenta di una rete quantistica matura, capace di distribuire qubit verso tutti i nodi di calcolo collegati all’infrastruttura ottica.

Ramana Kompella
Perché la rete funzioni pienamente, è però indispensabile uno strato software dedicato, articolato in protocolli per la distribuzione e lo scambio dell’entanglement e per il teletrasporto quantistico.

Quest’ultimo meccanismo consente il trasferimento di informazioni quantistiche tra QPU (Quantum Processing Unit) distinte senza necessità di un canale fisico diretto.

Su questi strati tecnologici si appoggiano le applicazioni, alcune delle quali sviluppate direttamente da Cisco. La più rilevante è il compilatore quantistico distribuito, che rende praticabile l’esecuzione di circuiti quantistici di grandi dimensioni non gestibili da un singolo processore, scomponendoli in unità più piccole e assegnando ciascuna a un nodo di calcolo distinto. Grazie allo switch, i risultati parziali prodotti dai vari nodi possono essere trasmessi e ricombinati, realizzando a tutti gli effetti un’architettura cloud computing.

L’architettura si sta già rivelando utile in applicazioni operative concrete: tra queste, il rilevamento di intercettazioni su reti in fibra ottica da parte di attori malevoli e l’implementazione di sistemi di crittografia quantistica, strutturalmente più robusti rispetto alle soluzioni crittografiche classiche.

Per dimostrare la concreta fattibilità di integrazione della propria soluzione quantistica in un’infrastruttura ottica reale, Cisco ha condotto un test sul campo nella città di New York, annunciato nelle scorse settimane: il sistema quantistico sviluppato dall’azienda è stato dispiegato su un percorso di fibra ottica standard per telecomunicazioni di 17,6 km, che collega Manhattan a Brooklyn attraverso 3 nodi. Nonostante le condizioni di trasmissione non ideali e il rumore di fondo inevitabile in un ambiente urbano reale, il sistema ha mantenuto intatto l’entanglement, fornendo prestazioni addirittura superiori a quelle ottenute in condizioni di laboratorio controllate.

Nei prossimi mesi Cisco prevede di replicare e ampliare questa tipologia di esperimenti sul campo. A supporto di questa traiettoria di ricerca, l’azienda ha già stretto partnership strategiche con IBM e Atom Computing per accelerare lo sviluppo congiunto nel campo del calcolo quantistico distribuito.