思科推出"通用量子交換機"……量子計算競爭，正從硬體轉向網路領域

思科系統公司（$CSCO）上週公開的"通用量子交換機"明確指出，量子計算擴展的核心不在於單個設備的性能，而在於"網路"。這意味著量子計算機不再停留在孤立的實驗設備階段，而是正在向相互連接的"量子網路"演變。

目前業界期待的分子模擬、新材料發現、投資組合優化、大規模日程計算等高難度問題，需要10萬到100萬個邏輯量子比特才能解決。然而，根據主要路線圖，即便是到2030年，現實情況也只能達到數千個，最多也只是數萬個初期的水平。由於這一差距，業界正將方向轉向"分散式量子計算"，即連接多個小型處理器，使其像單一系統一樣運行，而不是依賴一台超大型量子計算機。

為何需要量子網路

傳統計算機網路僅需交換計算結果，但量子領域則不同。多個設備若要像一個整合系統一樣運行，就必須在保持"糾纏"狀態的同時傳遞量子態本身。在這個過程中，能夠在不破壞光子量子特性的情況下改變路徑的交換機是必不可少的。

思科的通用量子交換機正是針對這一角色而設計的研究設備。它旨在通過常溫下普通通信光纖傳輸糾纏光子，並在保留量子資訊的同時處理多種編碼方式。特別是，與普通光交換機不同，其特點是使用內部"量子態轉換器"以避免破壞量子態。

此外，它支持偏振、時間倉、頻率、路徑等主要量子編碼方式，並能相互轉換，從而使採用不同方式的量子系統也能在同一網路中連接。這為基於中性原子、超導和光子的設備在同一基礎設施上共同運行開闢了可能性。

思科的目標是"量子網際網路"的基礎

思科此前曾公開過每秒可產生約2億對糾纏光子的糾纏源晶片。加上此次的交換機以及與糾纏分發、交換、量子隱形傳態相關的軟體堆疊，業界評價其已初步構建了"發射器-網路架構-控制體系"的框架。

在與合作夥伴Qunnect於紐約大都會區進行的實驗中，思科在數公里的區間內演示了超越現有實驗室水平的糾纏交換速度。這被解讀為一個信號，表明量子網路已不再只是理論，而是進入了與實際通信基礎設施相結合的階段。

從市場角度來看，重要的一點是量子計算的經濟價值可能並非來自單個設備銷售，而是來自"資源共享化"。如同當今企業按需使用雲端的中央處理器（CPU）和圖形處理器（GPU）一樣，未來量子計算資源也很可能通過網路捆綁提供。

思科的優勢所在

量子網路並非量子硬體企業的專屬領域。它需要現有的光通信基礎設施、網際網路協議（IP）網路、控制軟體以及安全體系共同配合。這正是思科的強項所在。

思科通過其孵化組織Outshift，正在開發涵蓋量子晶片、交換機、編譯器、編排、分散式糾錯以及後量子密碼集成的整體架構。此外，思科正與IBM Quantum、Atom Computing等採用不同量子方式的企業合作，積累在真實環境中連接設備的經驗。

最關鍵的在於，常溫運行以及對通信波段的支持，使其能夠最大限度地利用現有光纖和光通信生態系統。這降低了對特殊基礎設施（如單獨的極低溫鏈路）的依賴，從而降低了電信運營商和雲服務提供商的使用門檻。

IT產業現在應做的準備

短期內，大部分企業不太可能在明年就引入量子交換機。然而，未來3到5年內，選擇何種網路架構將極大影響其對量子轉型的應對能力。

專家建議，首先應將量子計算視為"多供應商網路服務"，而非單一供應商的技術。這意味著在制定資料中心和廣域網策略時，需考慮到大型雲服務商、專業量子雲以及本地設備相互連接的結構。

此外，在安全方面，有必要同時考慮後量子密碼的過渡以及量子網路的應對。量子計算機可能威脅現有密碼體系，但反之，量子網路也可能提供更強的安全模型。最終，如何設計經典網路與量子鏈路共存的混合結構，預計將成為核心課題。

思科此次的發布表明，量子計算正在超越"物理實驗"階段，轉變為企業IT應納入中長期路線圖的基礎設施議題。量子時代的勝負，不僅取決於誰先獲得更多的量子比特，也越來越可能取決於誰能最高效地連接這些資源。

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