思科发布面向量子网络时代的通用交换机

网络技术巨头思科系统公司近日推出了一款面向量子系统的全新网络交换机，该交换机能够在计算机之间路由量子信息，同时保持量子态的完整性。

这款思科通用量子交换机目前为工作原型，是该公司推动量子系统走向实际应用的最新概念验证成果。

研究人员和企业已将量子计算机作为辅助协处理器，用于求解经典超级计算机难以完成的特定复杂数学问题——这些问题或根本无法用传统计算机解决，或求解时间过长而失去实用价值。

企业用户最感兴趣的应用方向包括优化问题、材料科学与药物研发中的分子模拟，以及量子安全密码学；而研究人员则更关注物理学、仿真模拟和新型量子算法。

量子计算面临的最大挑战之一是规模问题。要实现足够强大的量子计算机，业界需要达到数百万量子比特——即量子信息的基本单位。当前量子计算机的量子比特数量处于数百至数千的范围，路线图显示未来几年有望达到数万量子比特，但要实现实际应用价值，则需要远超这一数量的系统规模。

实现实用量子计算时代有两条主要路径：一是构建更大、更强的量子计算机；二是将多台量子计算机连接起来，如同数据中心中经典计算机的互联方式，使其表现如同一个统一系统。思科此次的创新选择的正是后者。

量子网络的通用化之路

该交换机还新增了多项关键功能，使不同厂商的系统无需专用硬件即可实现互联。该交换机可在室温下运行，并通过电信光纤传输信号，同时内置思科专利转换系统，可在输入输出端对不同量子技术所使用的编码方式进行相互转换。

这意味着，即使两台量子计算机分别由不同公司制造，它们仍可通过该交换机实现通信——交换机将充当"翻译"的角色。

思科新兴技术与孵化部门Outshift高级副总裁兼总经理Vijoy Pandey表示："我们长期以来认识到，连接量子系统是实现真正可扩展性的关键，如今我们已向实现这一愿景迈出了关键一步。这是一项重大成就，但这仅仅是个开始。"

该交换机设计兼容主要的光子编码方式，包括偏振编码、时间槽编码、频率槽编码和路径编码。不同量子系统将信息封装进光子的方式各不相同，因此通用交换机不仅要能转发流量，还必须在不破坏信息内容的前提下完成格式转换。

思科表示，目前已对偏振编码方式完成了验证——偏振编码利用光子的振动方向来携带信息，太阳镜减少眩光正是偏振的一个常见应用实例。时间槽编码和频率槽编码的支持则在规划之中。

这种通用性同样至关重要，因为量子行业目前仍在多个方向上同步推进。各厂商正在构建不同类型的量子系统，尚无人知晓哪种硬件路线、编码方式或整体生态系统将最终脱颖而出。

若将架构锁定在单一编码方式上，数据中心或实验室将面临绑定于昂贵硬件且可能难以长期维护的风险。思科希望该交换机能让企业和研究机构灵活混用定制化与标准化硬件，由交换机在中间完成转换，从而使网络可以不断扩展，而无需强制要求所有系统使用同一种原生语言。

量子布局的长远愿景

在数据中心外部，思科表示该交换机目前的传输距离可达100公里，并认为距离限制将随着时间推移逐步降低。

思科也明确指出，该产品目前尚非商业化产品。通用量子交换机仍是一款工作研究原型，在进一步推进商业化之前，还需对转换能力和量子态保持等核心技术发明进行验证。

该公司的长期计划是构建完整的量子网络层，涵盖硬件、软件和协议，并使其成为应用程序可依托的基础技术栈。思科表示，未来一到两年将成为硬件与软件全面验证的关键阶段，届时各项计划将逐步落地。随着量子计算在企业级应用中实现稳定落地，大规模量子网络正是思科对未来的核心愿景。

此外，思科还通过与IBM、Qunnect、Atom Computing等行业伙伴的合作，持续推进上述愿景的实现。

Q&A

Q1：思科通用量子交换机能解决什么问题？

A：思科通用量子交换机的核心价值在于解决量子计算的规模扩展难题。它可以将多台量子计算机连接成一个统一系统，无需强制要求每台设备使用相同的编码方式。该交换机内置专利转换系统，支持偏振、时间槽、频率槽和路径等多种光子编码方式之间的互译，从而实现不同厂商量子设备之间的互联互通，无需专用硬件。

Q2：思科通用量子交换机目前处于什么阶段，何时能商用？

A：目前，思科通用量子交换机仍是一款工作研究原型，尚未进入商业化阶段。思科表示，在推进商业化之前，还需对转换能力和量子态保持等关键技术进行进一步验证。未来一到两年将是硬件与软件验证的关键时期，具体商用时间表尚未公布。

Q3：量子计算机目前的量子比特数量距离实用化还有多大差距？

A：当前量子计算机的量子比特数量处于数百至数千的水平，行业路线图预计未来几年可达到数万量子比特。然而，要实现真正的实用化价值，业界普遍认为需要达到数百万量子比特的规模，距离这一目标仍有较大差距。这也是思科致力于通过量子网络互联多台设备、以整体系统性能弥补单机规模不足的重要原因。