思科通用量子交換器是一款可實際運行的研究原型，能夠在室溫下透過標準電信光纖連接不同供應商的量子系統，支援所有主要編碼模式
文／思科
思科宣佈推出思科通用量子交換器（Cisco Universal Quantum Switch），解決構建量子網路最根本的障礙之一，為量子網路發展歷程寫下重要里程碑。作為可運行的研究原型，通用量子交換器印證思科全速推進全端量子網路計畫下的最新成果。該計畫奠基於思科多年基礎研究、實際應用驗證，以及不斷擴展的思科合作夥伴生態系統之上。
量子電腦編碼資訊的方式各有不同，而在此之前，尚未有任何交換器能在不破壞量子資訊的前提下，接收並轉換所有主要編碼模式。思科通用量子交換器正為應對此挑戰而設，首次實現在室溫下，透過現有電信光纖路由傳送量子資訊並保持其完整性，同時藉助思科專利轉換引擎，在輸入與輸出端轉換編碼模式。
思科高級副總裁兼新興技術與培育業務Outshift總經理Vijoy Pandey表示：「達成這一里程碑是我們量子計畫的關鍵時刻，同時也印證量子網路的潛力。思科一直深信連接量子系統是實現真正可擴展性的關鍵，而我們正朝實現這一願景邁出重要一步。雖然這項成就意義重大，但這僅是開端。前路漫長，但我們正在構建的技術，以及未來即將實現的成果，將帶來極其深遠的影響。」
思科正為量子時代構建網路層
目前的量子電腦雖然功能強大，但仍有一定局限，其運行規模限於數百個量子位元（qubits）。但醫療保健、金融服務和航空航太等實際應用場景，則需要數百萬個量子位元，才能實現前所未有的速度與技術。思科深信，網路與連接正是彌補這一差距的關鍵，量子的未來並非由單一公司或技術所構建，而是透過全面連接來實現。
若要用電纜直接連接數十億人和數百億部裝置，整個系統將難以管理。由於傳統交換器能夠透過可擴展的共享網路連接所有終端，網際網路因此得以實現。思科通用量子交換器為量子網路實現同樣功能。當兩台量子電腦需要共享資訊，交換器能接受任何編碼模式的訊號，將其轉換成通用的路由語言，並以接收系統所需的格式傳遞，過程中不會遺失任何量子資訊。
這一能力有賴於量子交換器核心的思科專利轉換引擎，使其輸出模式可以與輸入模式相同，也可以完全不同，從而能夠連接原本無法互通的量子系統。這對構建跨供應商及搭載不同技術的量子網路至關重要。
思科通用量子交換器專為支援所有用於傳輸資訊的主要量子編碼模式而設：
- 偏振（Polarization）：光波的振動方向
- 時間區段（Time-Bin）：光脈衝的時間
- 頻率區段（Frequency-Bin）：光的顏色或頻率
- 路徑（Path）：物理或空間傳播路徑
思科通用量子交換器已通過偏振編碼的實驗驗證，其設計已內置針對時間區段及頻率區段的支援，這將成為思科持續驗證進程的下一個重要階段。
概念驗證實驗與結果
思科研究人員利用自主研發的糾纏源和單光子探測器測試思科通用量子交換器。實驗顯示，在交換器中，量子資訊能在系統間快速、準確且高效地傳送和轉換，過程中不會造成損耗。
重點發現包括：
- 量子資訊在轉換期間保持完整：量子態保真度與糾纏度的損耗低於4%，維持量子網路運作所需的相干性。
- 滿足量子網路所需的交換速度：亞奈秒級（sub nano-second）電光交換，最快可在 1 奈秒（nanosecond）內重建連接。
- 節能高效：功耗低於 1 毫瓦（milliwatt）。
推動未來量子網路
量子網路仍處於起步階段。目前尚未有連接不同量子系統的基礎設施，且大部分量子系統只能與採用相同編碼方式的系統進行通訊。
思科通用量子交換器提供全新解決方案：
- 獨一無二：現有交換器技術僅限於單一編碼類型。思科通用量子交換器支援所有主流編碼模式，並內建思科專利的轉換能力，為目前市面上獨一無二的方案。
- 室溫運作：與許多需要低溫冷卻的量子硬體組件不同，思科通用量子交換器可於室溫下運作。這排除對專業冷卻系統的依賴，從而降低部署複雜性和成本。
- 兼容現有基礎設施：交換器可在標準電信頻率下運行，並透過現有承載網路流量的光纖傳輸，無需額外專用設備。
- 連接以往無法通訊的系統：企業不再受限於單一供應商生態系統。思科通用量子交換器讓不同製造商的量子設備能夠互通，從而保障現有投資並打造最佳量子環境。
- 專為全端設計：思科通用量子交換器是思科持續演進的端到端分散式量子網路架構的一環，涵蓋硬體、軟體和應用層。
思科願景
40多年來，思科致力打造連接全球的架構。思科通用量子交換器正是這段歷程中的最新里程碑，展現思科的核心願景：透過互聯量子裝置的分散式網路，實用量子運算將在未來數年內實現，而非數十載。
思科通用量子交換器是思科更廣泛的量子網路產品組合中的一環，該組合亦包括思科量子網路糾纏晶片（quantum network entanglement chip），用於產生量子網路傳輸資訊所需的糾纏光子，以及思科業界首創的網路感知量子編譯器（network‑aware Quantum Compiler），可協調量子演算法在多個量子處理器之間的分散與執行。上述三項技術均由思科位於加州聖塔莫尼卡（Santa Monica）的量子實驗室研發打造而成。結合量子同步（Quantum Sync）、量子警報（Quantum Alert）等應用程式，這些創新彰顯思科對完整量子網路技術堆疊的願景——涵蓋從生成與傳輸量子資訊的硬體、管理量子資訊的軟體，到將量子能力付諸實踐的應用程式。思科亦透過與 IBM、Qunnect、Atom Computing 等戰略夥伴的合作，持續推動實踐此願景。
