思科發布通用量子交換機，推動量子網絡發展邁入新階段

思科近日發布了一款名為"通用量子交換機"的工作原型，旨在連接來自不同供應商的量子系統，標志著其在量子網絡領域取得重要進展。

長期以來，思科攜手多家合作伙伴致力于分布式量子網絡的研發，并認為這項工作有望為2030年代末期的量子計算互聯網奠定基礎——屆時，量子計算機、傳感器與量子通信將共同構建這一全新的網絡形態。

在介紹這款產品的背景時，思科指出，當前量子計算機雖然性能強大，但仍存在明顯局限：其運算規模僅停留在數百量子比特，而醫療、金融服務和航空航天等行業的實際應用往往需要數百萬量子比特，才能實現超常的運算速度和技術突破。思科認為，網絡與連接能力是彌補這一差距的關鍵所在，量子時代的未來不會由任何一家企業或任何一種技術單獨構建，而將通過將它們全部連接起來來實現。

思科還解釋道，試圖用直連線纜連接數十億人和數百億設備是不現實的，傳統互聯網之所以成為可能，正是因為經典交換機能夠通過共享的、可擴展的網絡將所有這些終端連接起來。然而，由于量子計算機對信息的編碼方式各不相同，此前沒有任何一款交換機能夠在不破壞量子信息的前提下，接收并轉換所有主流編碼模式。

通用量子交換機正是為解決這一難題而生。它能夠在室溫條件下、基于現有電信光纖基礎設施傳輸并保護量子信息，其核心是思科擁有專利的轉換引擎，可在輸入與輸出端之間實現不同編碼模式之間的相互轉換。當兩臺量子計算機需要共享信息時，通用量子交換機的工作方式與經典交換機類似：以任意模式接收信號，將其轉換為用于路由的通用語言，再以接收方系統所需的格式輸出，且全程不會造成量子信息的損失。

該技術被視為量子網絡發展歷程中的關鍵里程碑，直面了量子網絡建設中最根本的技術壁壘之一。

思科專利轉換引擎處于量子交換機的核心位置，能夠讓輸出編碼模式與輸入保持一致，或完全轉換為另一種模式，從而使量子交換機能夠連接并轉換那些從未被設計為可以相互通信的量子系統，這對于構建跨供應商、跨技術的量子網絡而言至關重要。

此外，該交換機支持目前用于傳輸量子信息的所有主流編碼模式，包括：偏振（光波的振動方向）、時間倉（光脈沖的時序）、頻率倉（光的顏色或頻率）以及物理路徑或空間路徑。目前，該量子交換機已通過偏振編碼的實驗驗證，時間倉和頻率倉的支持已內置于設計中，是思科后續驗證工作的下一步。

概念驗證實驗使用了思科自研的糾纏光源和單光子探測器，結果顯示量子信息在經過交換機轉換后，量子態保真度和糾纏度的衰減低于4%，這意味著量子網絡正常運行所需的相干性得到了有效保持。

測試還表明，該交換機具備亞納秒級電光開關能力，最短可在一納秒內完成連接重配置，同時能耗極低，功耗不足1毫瓦。

作為一款工作研究原型，思科將這款交換機視為加速推進全棧量子網絡項目的重要佐證。它旨在實現系統間量子信息的路由與保護，其核心的思科專利轉換引擎能夠在輸入輸出端對所有編碼和糾纏模式進行轉換。

思科新興技術與孵化部門Outshift的高級副總裁兼總經理Vijoy Pandey表示："達成這一里程碑，對我們的量子項目而言是一個關鍵時刻，也是量子網絡變革潛力的有力證明。我們很早便認識到，連接量子系統是實現真正可擴展性的關鍵，如今我們已朝著這一愿景邁出了重要一步。盡管這是一項重大成就，但這只是開始。前方的路還很長，然而我們正在構建的，以及即將到來的一切，其影響將是深遠而意義非凡的。"

Q&A

Q1：思科通用量子交換機解決了量子網絡中的什么核心問題？

A：量子計算機對信息的編碼方式各有不同，此前沒有任何交換機能在不破壞量子信息的前提下，實現不同編碼模式之間的轉換和路由。思科通用量子交換機通過自研專利轉換引擎，首次實現了在室溫下、基于現有電信光纖，接收并轉換所有主流量子編碼模式，同時將量子態保真度損失控制在4%以內，解決了構建量子網絡最根本的技術壁壘。

Q2：通用量子交換機目前支持哪些量子編碼模式？

A：目前該交換機支持四種主流量子編碼模式：偏振（光波振動方向）、時間倉（光脈沖時序）、頻率倉（光的顏色或頻率）以及物理或空間路徑。其中，偏振編碼已完成實驗驗證，時間倉和頻率倉的支持已內置于設計中，是思科下一階段的驗證重點。

Q3：思科通用量子交換機的性能表現如何？

A：根據概念驗證實驗結果，通用量子交換機在量子態保真度和糾纏度方面的衰減低于4%，能夠有效維持量子網絡所需的相干性。此外，它具備亞納秒級電光開關能力，最短可在一納秒內完成連接重配置，功耗不足1毫瓦，能效表現優異。