思科推出量子网络控制平面新技术

思科持续扩充其量子网络技术产品线，本周为分布式量子网络新增了一项核心控制机制。

思科推出的量子网络控制器（Quantum Network Controller）原型，旨在协调量子网络中的所有组件——包括量子计算机、量子存储器和量子交换机——使它们能够在同一网络上使用，而无需应用程序理解每个部件的具体工作方式。这是思科子公司Outshift负责人、高级副总裁兼总经理Vijoy Pandey在一篇博客文章中介绍的内容。

Pandey写道："迄今为止，量子网络的构建方式是点对点逐条连接，这使网络规模被限制在少数节点以内。在这种规模下，用手工编写软件来运行网络虽然痛苦，但勉强可行。"

"要以点对点方式连接1000个量子节点，需要近50万条专用链路。而交换机的设计目标，是让每个节点都能通过一个共享结构到达任何其他节点，"Pandey写道。"一旦这种结构实现规模化，决定谁能获得纠缠资源、以何种质量、按什么顺序、提供何种保证、按什么时序执行，就不再是人力能够处理的任务了。这需要软件以量子操作所要求的精确时序来协调每一台设备。控制器正是这样的协调者。"

"控制器为每一类设备——源、交换机、探测器和时序系统——提供接口，底层则配有硬件抽象层（HAL），因此同类别中任何厂商的硬件都能以相同方式接入，"他写道。"应用程序只需指定端点、速率、保真度和所需时序来请求纠缠资源，而不必知道这些资源实际是如何产生的。我们将这种模式称为纠缠即服务（Entanglement-as-a-Service，EaaS）。它对纠缠资源所做的，正如共享云基础设施对CPU算力所做的那样——将一种过去需要专用物理连接的资源，转变为网络可以按需调度的东西。"

Pandey补充道："由于量子态中的信息一旦被读取就会被破坏，控制器无法像传统监控工具那样检查流量。相反，它通过统计方式来验证链路质量，在性能出现偏移时应用预定义的调优、重试或重新初始化操作，只有在自我修正失败时才会升级给人工处理。控制器不会一次性分配纠缠资源后就不再过问；只要应用程序还在使用该链路，它就会持续检查链路的健康状态，并在任务结束的瞬间立即回收硬件资源。"

Outshift量子研究与实验室负责人Reza Nejabati，以及高级工程总监Sabitha Krishnamurthy表示，软件控制层对于量子网络的规模化扩展至关重要。

"接下来的转变，不仅仅是从较小规模的量子网络走向更大规模的网络，"Nejabati和Krishnamurthy在一篇博客文章中写道。"这是从单独控制的量子实验，转向软件定义、可编程的基础设施——而思科的量子网络控制器正是探索这一运维层形态的研究原型。接下来的挑战不仅仅是连接量子设备，而是要将这些连接转变为可编程的网络服务。这正是为什么通往实用化量子网络的道路必须经过控制层。"

该控制器利用了思科今年早些时候推出的通用量子交换机（Universal Quantum Switch），其设计目标是在室温条件下、通过标准电信光纤，连接来自不同厂商（如IBM、IonQ、谷歌和Rigetti）、采用各种主流量子比特编码技术的量子系统。据思科介绍，当两台量子计算机需要共享信息时，通用量子交换机会以信号到达时的任何形式接收它，将其转换为统一的路由语言，再以接收系统所需的格式进行传递，整个过程中不会丢失任何量子信息。

此外，思科网络感知量子编译器（Network-Aware Quantum Compiler）原型的新版本可与控制器协同工作，用于规划量子计算任务，"计算出网络必须在哪些节点之间、以何种保真度传递多少纠缠资源，"Pandey写道。

Outshift软件工程技术负责人Sam Olds和Eneet Kaur进一步介绍了该编译器的作用："思科的网络感知量子编译器将网络视为编译过程的一部分，而非事后考虑的因素——分区和调度决策现在基于交换机、光纤和有限纠缠资源的真实模型来制定，而不是基于抽象的连接模型，"Olds和Kaur在一篇博客文章中写道。

"此次发布版本新增了完整的分布式纠错功能包：当两个表面码（surface-code）区块位于不同的量子处理单元（QPU）上时，测量两者之间接缝所需的网络操作将成为逻辑错误模型的一部分，这样编译器就可以提前规划这些操作，而不是事后才发现问题，"Olds和Kaur写道。

Q&A

Q1：思科的量子网络控制器是什么？

A：这是思科推出的一项原型技术，用于协调量子网络中的所有组件，包括量子计算机、量子存储器和量子交换机，使它们能在同一网络上统一使用，而无需应用程序了解每个部件的具体工作原理。

Q2：纠缠即服务（EaaS）具体是什么意思？

A：这是思科提出的一种模式，应用程序只需指定端点、速率、保真度等需求即可获取纠缠资源，而不必知晓其物理实现方式，就像共享云基础设施把CPU算力变成按需调度的资源一样。

Q3：通用量子交换机能做什么？

A：它能够在室温条件下、通过标准电信光纤，连接来自IBM、IonQ、谷歌、Rigetti等不同厂商、采用各类主流量子比特编码技术的量子系统，实现信号格式转换和路由，且不丢失量子信息。