思科系統公司正為量子計算真正成為現實的一天做好前瞻性布局，宣布推出一款原型網絡芯片，該芯片利用量子力學原理來擴展下一代計算機系統的規模。

該原型芯片是在公司于圣塔莫尼卡新開設的研究中心揭幕時亮相的，該中心專注于探索量子網絡技術的潛力，不僅用于量子計算本身，也適用于傳統計算機的其他可能應用。

思科旗下創新孵化平臺 Outshift by Cisco 的新興技術高級副總裁 Vijoy Pandey 在一篇博客文章中表示，這款實驗性的 Quantum Network Entanglement chip 旨在解決目前量子計算機的不足，目前這些計算機在擴展到數百個 qubit（量子比特）時遇到困難。

量子比特是量子計算中信息的基本單位，相當于傳統計算機中的“位”，它們具有獨特的屬性，構成了該技術巨大潛力的基礎。傳統的位只能表示 1 或 0，而量子比特可以處于一種同時代表 1 與 0 的第三種狀態。正是這種能力使其能夠完成傳統計算機難以企及的復雜計算。

面臨的挑戰在于穩定這些量子比特極其困難，據 Pandey 稱，即使是最為宏大的量子計算路線圖，到 2030 年也僅計劃實現數千個量子比特。然而，要使量子計算具備實用性，其規模需要擴展到數百萬個量子比特。

分布式量子系統

Pandey 表示，解決方案不在于構建單一巨型量子機器，而是將多個較小的量子計算機連接起來形成分布式系統。他設想未來的量子數據中心將可擴展地協調數百萬臺量子計算機及其量子比特，共同解決人類面臨的最棘手問題。

為了使這些分布式量子計算系統協同工作，它們需要一種可靠的相互通信方式，而這正是思科的量子網絡糾纏芯片所試圖實現的突破。

借助量子力學的特性，該芯片獨特地能夠制造“成對糾纏的光子”，使它們能夠在不受距離限制的情況下即時聯接。Pandey 解釋稱，這實際上是“量子瞬移”的現實應用，正如愛因斯坦著名描述的 “遠距離的詭異作用”。

思科表示，其量子芯片原型尤為引人注目，因為它可以在室溫下作為小型光子集成芯片運行，使其適用于傳統數據中心。該芯片在標準電信波長下工作，這意味著它能夠與現有的光纖系統集成，并且在每個輸出通道上能達到高達 100 萬對高保真糾纏對的卓越性能，每片芯片每秒最多支持 2 億對糾纏對。

這款新芯片是思科為塑造量子計算未來所做更廣泛努力的一部分。通過其設在圣塔莫尼卡的新思科量子實驗室，思科旨在設計并構建一整套量子網絡協議。該實驗室將作為一個樞紐，供思科及其他學術研究人員共同研討和實驗理論概念與技術實際應用。

在發布于 arXiv 的一篇論文中，思科概述了一種支持分布式量子計算系統的網絡架構草圖。該架構要求開發新的糾纏分發協議、量子網絡開發工具包、量子隨機數生成器以及分布式量子計算編譯器等組件。Pandey 表示，這些正是思科量子實驗室研究人員接下來將要開展的項目。

現實世界的當下益處

盡管思科正在建設量子網絡基礎設施，以支持未來更強大的量子計算系統上線，但其相信這項技術同樣能為基于傳統位的計算機提供更直接的優勢。

例如，量子網絡可以實現超精確的時間同步，支持全球交易操作，同時實現量子安全通信，可瞬間檢測竊聽行為。其他應用場景還包括安全、防篡改的位置驗證，這可能在供應鏈和物流領域發揮作用。

Pandey 認為，思科量子網絡技術的一個最關鍵優勢是其供應商中立性。他指出，IBM Corp.、Google LLC 和 IonQ Inc. 等公司正采用包括超導、 中性原子及電離阱等多種不同的量子計算方法。思科并不試圖預測哪種方法將最為有效，而是致力于構建一種能夠兼容所有這些技術的網絡協議層。

Pandey 表示：“這種方法體現了思科在網絡領域的歷史優勢。我們無需在量子計算平臺中去挑選‘勝者’，因為我們正在構建那將使所有平臺均能擴展的網絡基礎設施。”