思科宣布推出量子网络芯片、开设量子实验室构建未来量子网络技术！
现在正在创建量子网络技术，该技术将成为量子互联网的基础，使量子计算比当前时间表提前数年实用。
5月6日，思科宣布了两件事，一是推出一种研究原型和突破性技术，使量子网络能够扩展和连接量子处理器以用于实际应用的量子网络纠缠芯片；二是思科量子实验室的开幕，这个位于加利福尼亚州圣莫尼卡的专门研究实验室，汇聚了量子科学家和工程师，他们正在构建未来的量子网络技术。
当前量子处理器面临的挑战是，它们仅拥有几百个量子比特（qubits），而实际应用往往需要数百万个量子比特。即使是最雄心勃勃的量子计算路线年实现几千个量子比特。这就像几十年前的经典计算所面临的困境一样，直到通过网络基础设施将较小的节点连接起来，形成了数据中心和云计算中的强大分布式系统，经典计算才得以突破瓶颈。
思科认为，量子计算的未来不在于单一的巨型量子计算机，而在于通过专用网络连接的扩展型量子数据中心，其中的处理器能够协同工作。这种分布式量子计算系统是实现量子计算实用化的实际且可行的路径。量子处理器制造商将从思科的量子网络技术中受益，通过构建这种基础设施，正在帮助加速整个量子生态系统的发展。
思科量子网络纠缠芯片是量子网络愿景的关键部分。这款芯片是由思科与加州大学芭芭拉分校合作开发的原型。它能够产生纠缠光子对，通过量子隐形传态实现无论距离多远的即时连接——这种现象就是爱因斯坦曾经描述的“远距幽灵作用”。
实用化部署：作为一种微型化的光子集成电路（PIC），该芯片能够在室温下工作，使其适合于今天的可扩展系统部署。
高性能：每个输出通道每秒能够产生100万对高保真纠缠光子对，芯片的纠缠光子对产生速率高达每秒2亿对。
我们可以从下边的策略部分中看到这些能力如何为未来的量子数据中心以及今天的量子增强经典应用提供即时的商业价值。
尽管思科量子实验室在圣莫尼卡的正式开幕是近期的事情，但其团队已经在量子网络堆栈的基础研究方面投入了多年的时间。这个实验室是一个让研究人员能够将量子网络解决方案从理论概念转化为实际应用的场所。
思科在arXiv上发表的论文“量子数据中心基础设施”详细阐述了分布式量子计算系统所需的架构。量子数据中心架构由“专用量子硬件的物理层、一个分配量子资源的纠缠管理层和跨网络处理器对算法进行分区的计算层”三层组成，这种架构使多个较小的量子处理器能够作为一个统一的系统协同工作，从而有可能将实际量子应用速度提高数年。
图：昆腾数据中心架构：（a） Clos 拓扑，（b） BCube 拓扑，分别作为以交换机为中心和以服务器为中心的拓扑的代表性架构。
除了纠缠芯片之外，实验室还致力于推进其他关键组件的研究原型，以完善量子网络堆栈的愿景。这些组件包括纠缠分发协议、分布式量子计算编译器、量子网络开发工具包（QNDK）以及利用量子真空噪声的量子随机数生成器（QRNG）。随着思科对量子数据中心基础设施路线图的不断完善，更多组件将很快公布。
与此同时，思科团队正在其产品组合中实施后量子密码学（PQC）NIST标准，以确保在后量子时代，经典网络仍然能够保持安全。这一举措表明思科在量子网络发展的同时，也在积极应对量子计算可能对传统网络安全带来的挑战，为未来的网络世界提供全方位的安全保障。
思科正在构建能够大规模连接量子处理器的基础设施，以实现分布式量子计算、量子传感和优化算法。这些技术有潜力彻底改变诸如药物发现、材料科学和复杂物流问题等关键应用。量子网络纠缠芯片是这一愿景的基础。通过量子网络，多个量子处理器可以协同工作，形成一个强大的量子计算集群，从而大大提高量子计算的效率和能力。
例如，在药物发现领域，量子网络可以加速对复杂分子结构的模拟和分析，帮助科学家更快地找到潜在的药物候选物；在材料科学中，它可以优化材料的性能预测和设计过程；在物流领域，量子优化算法可以优化运输路线和资源分配，提高物流效率。
虽然实用的量子计算问题可能还需要几年时间才能实现，但量子网络原理已经可以为经典系统提供即时的好处。这些好处包括窃听者无法破解的安全通信、超高精度的时间同步、决策信号传输和安全位置验证等用例。
思科量子网络方法的强大之处在于其对软件和硬件开发的双重关注。通过开发自己的网络硬件组件（如芯片）以及完整的软件堆栈，思科能够深入了解这些元素如何协同工作，从而构建完整的量子网络基础设施。
与一些专注于单一类型量子计算技术（如超导、离子阱或中性原子基系统）的公司不同，思科正在构建一个与供应商无关的框架，该框架可以与任何量子计算技术兼容。这种做法反映了思科在传统网络领域的历史优势——思科不需要挑选赢家，因为它正在构建一个网络架构，将使各种量子技术能够实现规模化发展。
通过量子网络纠缠芯片和量子实验室等关键成果，思科不仅展示了其在量子技术方面的未来实力，也为整个量子生态系统的发展提供了强大的推动力。随着量子网络的不断完善和扩展，我们也将迎来一个更加高效、安全和创新的数字时代。
