思科，公开“通用量子开关”原型…推动不同量子计算机的连接

思科系统（$CSCO）近日公开了一款网络交换机原型机，该设备能够在不同量子计算机之间传输量子信息，同时保持其"量子态"。此举旨在通过网络方式解决被视作量子计算商用化核心课题的"可扩展性"问题。

此次公开的"思科通用量子交换机"虽仍处于研究用原型阶段，但其意义重大，因为它能将不同供应商的量子系统如同一个网络般连接起来。迄今为止，量子计算行业沿两条路径发展：一是制造更大规模的单体设备，二是将多台设备组合使其如同一个系统运行。思科选择了后者作为重点。

量子计算机在一些研究机构和企业中，已被用作辅助处理器，用于解决传统超级计算机难以处理或耗时过长的计算问题。企业方面关注优化、用于新材料和新药研发的分子模拟以及抗量子密码技术，而研究人员则聚焦于物理学、模拟和新型量子算法的开发。

然而，要达到实用水平的量子计算，必须大幅增加"量子比特"的数量。量子比特是量子信息的基本单位。目前商用级量子计算机的量子比特数停留在数百至数千个级别，预计未来几年内将扩展至数万个级别，但许多评估认为，要在实际产业现场感受到性能提升，需要数百万个量子比特。

将不同的量子计算机整合为一个网络

思科的方法是在以不同方式编码信息的量子系统之间扮演"翻译器"的角色。据该公司称，该交换机可在室温下运行，并能利用现有的通信光纤。此外，通过应用思科专利的转换技术，它能够中继不同量子技术所使用的输入输出编码方式。

简而言之，这意味着即使两台不同制造商的量子计算机使用不同的"语言"，只要通过此交换机，就能相互传输数据。这被视为不依赖于特定硬件方式的"通用量子组网"的核心要素。

思科Outshift部门高级副总裁兼总经理维贾伊·潘迪表示：“我们很早就认识到，连接量子系统是实现真正可扩展性的关键。这一成果是重要的进步，但这仅仅是开始。”

该交换机设计支持主要的光基编码方式，如偏振、时间区间、频率区间和路径编码。由于量子系统将信息加载到光子上的方式各不相同，通用交换机不能仅仅传递信号，还必须在不损害信息的前提下转换其格式。

思科说明，目前已针对基于偏振的方式完成了系统验证。偏振是利用光子的振动方向来传递信息的方式，其概念类似于太阳镜减少光线反射的原理。对时间区间和频率区间方式的支持将在未来追加。

尚非商用产品……未来1至2年为关键考验期

这种通用性在尚未确立标准的量子行业特性下显得更为重要。当前市场上，不同的硬件架构和编码方式并存，尚不确定哪种技术会成为长期标准。有人担忧，如果数据中心或研究设施仅针对某一种特定方式构建，昂贵的设备可能会随着时间推移迅速过时。

思科认为，其交换机可以为研究机构和企业创造一个能够同时使用定制化设备和通用设备的环境。其解释是，只要网络中的交换机负责转换，所有系统就不必使用相同的固有语言，量子网络的扩展也因此变得更加容易。

目前，在数据中心之外的连接距离被定为最大100公里。不过思科预计，随着时间的推移，距离限制将逐渐减小。

不过，本次公布的设备尚不是正式的商用产品。思科表示，"通用量子交换机"是一个可运作的研究用原型，在商用化之前，还需对转换技术和量子态保持相关的核心技术进行额外验证。

公司的长期构想是构建用于量子组网的硬件、软件和协议整体体系，打造未来量子应用能够运行的基础堆栈。思科认为，未来1至2年将是验证这一愿景在硬件和软件层面可行性的重要时期。

另一方面，思科为实施这一量子网络战略，正与IBM（$IBM）、ConnEQt、Atom Computing等公司进行合作。业界认为，超越单个量子计算机的性能竞争，连接不同系统的"连接技术"正成为加速实用化量子时代到来的关键变量。

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