思科近日發布了一款原型交換機，該公司表示，這款設備將大幅提前實用化分布式量子計算網路的落地時間表。
思科通用量子交換機的設計目標是在室溫環境下，通過標準電信光纖，連接來自IBM、IonQ、谷歌和Rigetti等不同廠商的量子系統，併兼容所有主流量子比特編碼技術。上述資訊由思科新興技術與孵化部門Outshift的高級副總裁兼總經理Vijoy Pandey披露。
Pandey表示："目前量子電腦的規模大約在100到1000個量子比特之間。根據各主要量子廠商公開的技術路線圖，我們預計這一數字將在未來三年內增長至10000個量子比特。量子電腦當然會隨著時間推移變得更大，但一旦開始互聯，就會帶來嚴峻的擴展性問題。這款交換機的作用，就是有效連接多台小型量子電腦，構建大型分布式量子電腦，使擴展速度遠超單獨構建一台超大型量子電腦的方式。"
他進一步表示："這是一項基礎性技術，能讓我們從點對點的直連方式，邁向構建量子網路、進而在規模上搭建量子網際網路的階段。它不僅可以在數據中心內大規模連接量子電腦，還能在網際網路上大規模連接量子傳感器。"
思科通用量子交換機的工作方式與當前構成網際網路骨幹的多廠商交換機類似——無論底層協議和設備如何，都能實現互聯互通。當兩台量子電腦需要共享資訊時，通用量子交換機會接收任意模態的信號，將其轉換為統一的路由語言，再以接收方系統所需的格式進行傳輸，全程不會丟失任何量子資訊。
在概念驗證實驗中，該交換機在編碼和糾纏保真度方面的量子資訊損耗低於4%。
這一能力得益于思科專利的轉換引擎——其輸出模態可與輸入相同，也可完全不同，從而使量子交換機能夠連接並轉換原本設計上互不兼容的量子系統。思科認為，這是構建跨廠商、跨技術量子網路的關鍵能力。
Pandey介紹說："該交換機採用非阻塞設計，允許多個光子同時流經晶片，每個光子獨立路由，同時保持其量子態，從而實現靈活可擴展的量子網路。"
目前用於承載量子資訊的主要編碼模態包括：
偏振編碼（光波的振動方向）
時間箱編碼（光脈衝的時序）
頻率箱編碼（光的顏色或頻率）
路徑編碼（物理或空間路徑）
目前，量子交換機已通過偏振編碼的實驗驗證。Pandey表示，時間箱編碼和頻率箱編碼的支持已內置於交換機設計中，將作為思科持續驗證流程的下一步推進。
此外，該交換機還可用於匯聚和處理量子傳感設備的數據，這類設備已被或將被應用於醫療健康、導航、能源及基礎設施等多個領域。
思科通用量子交換機是該公司量子技術布局的最新組成部分，其整體目標是提供面向數據中心的完整量子技術棧。
去年9月，思科發布了一套原型軟體包，旨在支持分布式量子計算網路並滿足實時應用需求。該軟體棧共分三層：應用層包含支持網路感知的分布式量子計算編譯器，可在聯網量子數據中心中執行量子算法；控制層包含量子網路協議與算法，負責支撐上層應用，並通過北向和南向API管理量子網路中的軟硬體設備；第三層為設備支持層，提供面向物理設備的SDK和API，以及仿真與模擬設備庫。
通用量子交換機的基礎是Outshift於去年五月發布的量子糾纏晶片。該晶片可生成糾纏光子對，無論距離多遠，這些光子對都能瞬時傳遞量子態，且每秒可生成2億對糾纏光子。該晶片在室溫下運行，功耗極低，採用現有電信頻率工作，併兼容現有光纖基礎設施，無需對任何現有設備進行替換或升級。此外，由於上述特性，用戶可將支持該晶片的設備與現有經典電腦基礎設施並行部署。
Pandey總結道："量子未來不會由任何一家公司或任何一項技術單獨構建，而是要通過這項技術將所有力量連接在一起。"
Q&A
Q1：思科通用量子交換機是什麼？它的主要功能是什麼？
A：思科通用量子交換機是一款原型交換機，設計用於在室溫下通過標準電信光纖，連接來自不同廠商（如IBM、IonQ、谷歌、Rigetti）的量子系統。它能接收任意模態的量子信號，轉換為統一路由語言後再傳輸給接收方，全程量子資訊損耗低於4%。其核心價值在於將多台小型量子電腦連接成大型分布式量子電腦，解決量子計算的擴展性問題。
Q2：思科通用量子交換機如何保證不同廠商量子系統之間的兼容性？
A：思科通用量子交換機通過一項專利轉換引擎實現跨廠商兼容。該引擎可將接收到的任意編碼模態（如偏振、時間箱、頻率箱、路徑編碼）轉換為目標系統所需的格式，使原本互不兼容的量子系統得以互聯互通。目前已完成偏振編碼的實驗驗證，時間箱和頻率箱編碼支持也已內置於設計中，正在推進後續驗證。
Q3：思科通用量子交換機的底層硬體基礎是什麼？
A：思科通用量子交換機基於Outshift於2024年5月發布的量子糾纏晶片。該晶片每秒可生成2億對糾纏光子，在室溫下運行，功耗低，採用標準電信頻率，可直接在現有光纖上傳輸，無需更換現有基礎設施，支持與經典電腦基礎設施並行部署。
