Podczas konferencji SC24, odbywającej się w Atlancie, odbędzie się demonstracja, wykorzystująca dwa kwantowo-klasyczne stanowiska testowe; jeden znajdujący się w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym w Poznaniu, drugi na konferencji SC24 w Atlancie w USA, połączone za pośrednictwem infrastruktury sieci produkcyjnych PIONIER, GÉANT, SURF/NetherLight, NEA3R, ESnet, Internet2, NA-REX, StarLight i SCinet, pokażą na żywo możliwości wykorzystywania sieci i usług produkcyjnych do obsługi hybrydowych kwantowo-klasycznych systemów obliczeniowych.
Obliczenia kwantowe oferują ogromne możliwości społeczności badawczej i edukacyjnej, a także przedsiębiorstwom komercyjnym. Komputery kwantowe mają potencjał rozwiązywania problemów znacznie wykraczających poza obecny zasięg klasycznych obliczeń, od symulacji fałdowania białek złożonych i przewidywania zjawisk meteorologicznych po modelowanie systemów finansowych.
Same komputery kwantowe są jednak drogimi, wrażliwymi urządzeniami o niezwykle ograniczonej dostępności, co obecnie zmniejsza ich skuteczność w rozwiązywaniu wyżej wymienionych problemów. Rozwój obliczeń kwantowych sam w sobie stanowi również potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa rozproszonych danych wykorzystywanych i generowanych przez szereg systemów. Obliczenia kwantowe potencjalnie podważają samą naturę obecnych usług szyfrowania i uwierzytelniania.
Istnieją zatem trzy wyzwania stojące przed każdą organizacją pracującą w dziedzinie obliczeń kwantowych:
1. W jaki sposób można połączyć kwantowe systemy obliczeniowe z klasycznymi usługami obliczeniowymi, aby zmaksymalizować dostępność i efektywność,
2. W jaki sposób hybrydowe kwantowo-klasyczne systemy mogą być dystrybuowane na skalę globalną, aby umożliwić naukowcom dostęp do najnowszych kwantowych zasobów obliczeniowych,
3. W jaki sposób te rozproszone systemy kwantowo-klasyczne i dane mogą być chronione w środowisku kryptografii post-kwantowej.
Rozproszone hybrydowe obliczenia kwantowo-klasyczne z zabezpieczonymi łączami PQC/QKD
W tym celu zespoły badawcze z Europy (PCSS, GÉANT, SURF) i USA (Internet2, ESnet, iCAIR/Northwestern University, StarLight) połączyły siły, aby zaprezentować – jako pierwsi na świecie – w jaki sposób można zintegrować zarówno kwantowe, jak i klasyczne systemy obliczeniowe na skalę światową.
Demonstracja wykorzystuje dwa kwantowo-klasyczne stanowiska testowe w PCSS w Poznaniu i SC24 w Atlancie w USA, połączone za pośrednictwem infrastruktury sieci produkcyjnych PIONIER, GÉANT, SURF/NetherLight, NEA3R, ESnet, Internet2, NA-REX, StarLight i SCinet, pokazując na żywo, jak można wykorzystywać sieci i usługi produkcyjne do obsługi hybrydowych kwantowo-klasycznych systemów obliczeniowych.
Celem prezentacji jest przedstawienie szeregu przypadków integracji i wykorzystania hybrydowych obliczeń kwantowo-klasycznych QPU+CPU+GPU. Stanowiska testowe obliczeń kwantowo-klasycznych zlokalizowane na odległych końcach w centrum danych PCSS i na żywo na konferencji SC24 zostaną połączone szybkim dedykowanym łączem zabezpieczonym technologiami PQC (Post Quantum Cryptography) i QKD (Quantum Key Distribution). Dane będą przesyłane przez łącza transatlantyckie wspierane przez współpracę Advanced North Atlantic (ANA) i szyfrowane przy użyciu hybrydowych rozwiązań PQC, QRNG i QKD, które zostały wdrożone w ramach projektu PIONIER-Q w ramach inicjatywy EuroQCI.
Taka konfiguracja pokaże, jak mogą działać rozproszone hybrydowe infrastruktury kwantowo-klasyczne i jak, z punktu widzenia uwierzytelniania obliczeniowego
i bezpieczeństwa, można je połączyć przy użyciu najnowszych technologii PQC i QKD. Algorytmy PQC zapewnią szyfrowanie połączeń na duże odległości i zostaną połączone z usługami MACSec oraz technologiami QKD i QRNG.
Takie rozproszone środowisko może wspierać szereg przypadków użycia z różnych dziedzin, takich jak chemia, biologia, materiałoznawstwo i problemy optymalizacyjne, które mogą skorzystać z rozproszonej hybrydowej kwantowo-klasycznej infrastruktury obliczeniowej. Powszechnie uznaje się, że najlepszym obecnie rozwiązaniem jest osiągnięcie etapu „kwantowej użyteczności” przy użyciu istniejącej infrastruktury obliczeń kwantowych o skali ~100 qubitów.
Ta demonstracja integruje następujące zasoby:
● Systemy fotoniczne ORCA PT-1 (dostarczone przez PCSS),
● Szyfratory obsługujące algorytmy QKD i MACSec (dostarczane przez ARISTA),
● Urządzenia QKD/QRNG (dostarczone przez PCSS i IDQuantique i połączone z projektem PIONIER-Q w ramach inicjatywy EuroQCI),
● Usługi transmisji między Europą (Hamburg) a miejscem konferencji SC24 w Atlancie są świadczone przez PCSS, GÉANT, SURF/NetherLight, ESnet, Internet2, ICAIR/ Northwestern University, StarLight i sieć SCinet w miejscu konferencji SC24.
Jako wspólna prezentacja technologii i usług wielu organizacji, to stanowisko testowe pokaże, w jaki sposób hybrydowe systemy obliczeń kwantowych są osiągalne, aby pomóc wspierać następną generację zaawansowanych badań. Cieszymy się, że projekt ten został zaakceptowany jako projekt Network Research Exhibition na konferencji SC24 i zostanie zaprezentowany w NRE Theatre w czwartek, 21 listopada w godzinach 12:00 – 12:20.
Demonstrację można obejrzeć na stoisku PCSS #1149 w dowolnym momencie podczas konferencji SC24.
Wszystkie aktywności PCSS na wydarzeniu śledzić można na bogu: https://www.psnc.pl/sc24.
Wstępny opis prezentacji: rozproszone hybrydowe obliczenia kwantowe z zabezpieczonymi łączami
PQC/QKD
Celem prezentacji jest przedstawienie wielu przypadków integracji i wykorzystania hybrydowych obliczeń kwantowo-klasycznych QPU+CPU+GPU. Stanowiska testowe obliczeń kwantowo-klasycznych zlokalizowane na odległych końcach – biuro PCSS i miejsce konferencji SC24 będą połączone dedykowanym klasycznym łączem bezpośrednim, które dodatkowo jest zabezpieczone szyfrowaniem PQC i technologią QKD. Na łączu długodystansowym dane będą szyfrowane za pomocą algorytmu PQC, a lokalnie w biurze PCSS i SC24 za pomocą krótkiego łącza QKD.
Ta konfiguracja pokaże, jak może działać rozproszona hybrydowa infrastruktura kwantowoklasyczna i jak z punktu widzenia uwierzytelniania i bezpieczeństwa obliczeń powinna być połączona z najnowszymi technologiami PQC i QKD. Algorytmy PQC zapewnią szyfrowanie łączy na duże odległości przy użyciu klasycznych usług DWDM i transponderów szyfrujących. Lokalnie, jako rozwiązanie na ostatnim etapie, łącze może być zabezpieczone bezpośrednio przez technologię QKD i zintegrowane z lokalną transmisją danych sieciowych, takich jak usługi MACSec.
Takie rozproszone środowisko wdroży szereg przypadków użycia z różnych dziedzin, takich jak chemia, biologia, materiałoznawstwo i problemy optymalizacyjne, które mogą skorzystać z rozproszonej hybrydowej kwantowo-klasycznej infrastruktury obliczeniowej. Powszechnie uznaje się, że obecnie jest to najlepsze rozwiązanie do osiągnięcia etapu „kwantowej użyteczności”, zwłaszcza przy użyciu istniejącej infrastruktury obliczeń kwantowych o skali ~100 qubitów.
Wdrożenie przypadku użycia i wersji demonstracyjnej będzie wymagało następujących zasobów:
– Systemy ORCA PT-1 (dostarczane przez PCSS i ORCA computing)
– Szyfratory obsługujące algorytmy QKD i PQC (dostarczane przez PCSS)
– Urządzenia QKD (dostarczone przez PCSS lub IDQuantique)
– Usługi transmisji między Europą (Hamburg) a miejscem konferencji SC24 w Atlancie (zapewniane przez SURF/NetherLight, PCSS, ESnet, Internet2, ANA GÉANT, iCAIR/Northwestern University, StarLight)
– Połączenie z lokalnymi platformami testowymi QKD (ESNet, Internet2) w celu zbudowania większej lokalnej sieci QKD w miejscu konferencji SC24.
Organizacja może przyłączyć się do prezentacji wersji demonstracyjnej na konferencji SC24 w następujących obszarach:
1. Zapewnienie usług transmisji między Europą (Hamburg) a konferencją SC24 w Atlancie
2. Zapewnienie usług szyfrowanej transmisji QKD i/lub PQC na trasie między Europą a konferencją SC24 w Atlancie.
3. Uczestnictwo z kwantowymi zasobami obliczeniowymi podłączonymi do topologii demonstracyjnej
4. Uczestnictwo w kwantowej platformie testowej podłączonej do topologii demonstracyjnej
