与所有量子事物一样，量子计算颠覆了许多长期以来的假设。

计算机是如何工作的，它们能做什么，以及必须重新考虑保护它们的策略。因此，像Cisco这样的公司正在走在这场即将到来的革命的前面，这场革命可能比基于二进制代码的“经典”计算驱动的革命更加深刻。

Cisco负责新兴技术和孵化的高级工程副总裁Vijoy Pandey说:“就像我们回到70年前，又向前迈进70年。”“70年前，我们发明了晶体管，我们几乎正处于量子创新的起点。但与此同时，我们从70年的经典计算中学到了很多东西，我们可以将这些技术应用于量子，应用于未来。”

量子计算机不使用二进制数字或比特，而是使用量子比特，称为量子位。在量子位中，1和0由离子或光子等量子粒子表示。这些量子1和0是叠加的。也就是说，能够同时以不同的状态存在。通过利用量子比特，量子计算机可以同时处理大量潜在的结果——与经典模型相比，经典模型“只能”在1和0之间切换，一次一个。

更安全，功能更强大。

没有人能想象到近几十年来数字时代所带来的深刻变化。量子计算机以及网络呈现出前所未闻的能力。从医学诊断和药物研究到天体物理学和人工智能，这对所有领域的影响都是惊人的。

另一个令人震惊的暗示?安全。量子计算机有可能在几分钟内破解当今最先进的加密技术。但好消息是，量子防御，如量子密码学和量子密钥分发(QKD)，可以对抗这些威胁。

所以，真正的比赛开始了。

“对抗量子的方法就是利用量子，” Pandey说。“量子计算机可用于新型网络攻击，并可能破坏我们在所有通信中处理安全问题的方式。这是我们作为一个行业和整个地球所面临的一个大问题。但我们正在利用量子技术构建安全系统和范例，以防止这种情况发生。”

最终的回报可能是一个比目前任何可用的网络都更安全的网络。

“量子网络可以在数字设备之间实现一种新型的安全连接，使它们无法被黑客入侵，” Cisco首席战略官兼应用总经理Liz Centoni表示。“所有这些可能性都将重塑我们今天所知道和使用的互联网。”

Cisco在网络、光子学以及安全方面的专长使其成为这场即将到来的革命的关键参与者。

Pandey说:“我们为今天的互联网奠定了基础。“蜂窝、WiFi、数据中心、光纤，这些不同的技术，满足不同的需求。但它们都相互连接，形成了这个全球互联网。同样的事情也会发生在量子领域。”

在量子计算机和经典模型交汇的地方，有一座桥

为了探索量子看似无穷无尽的可能性，Cisco研究最近在圣莫尼卡建立了量子实验室。通过与学术界和国家实验室的合作，提供现实世界的用例和解决方案。Cisco研究部主管Ramana Kompella表示:“要实现量子技术的全部潜力，还有很多障碍。

设想量子网络或数据中心的样子是第一步。这个等式的一个重要部分是，量子计算机不会突然取代经典模型。量子计算机和经典模型将实现无缝协作。

“这是Cisco擅长的领域，”Kompella说。“我们可以连接量子世界的网络，我们可以成为通往经典模型的桥梁，因为经典不会消失。”

而对于最先进的传感应用，例如全球气候变化预测——庞大的分布式量子网络将需要进行通信。

“就像我们处理经典网络一样，我们需要将它们整合在一起，”Kompella补充道。“今天，网络集群、服务器集群相互连接成高带宽网络。Cisco将在量子领域做同样的事情。”

此外，将这种新兴技术的力量转化为可扩展的业务解决方案至关重要。

“想象一下，全球互联网上的每个网络端口都以可证明的安全和防篡改的方式同时携带量子和经典有效载荷，”Pandey说，“这样你就不需要构建、部署和操作不同的网络。这是我们希望在实验室中试验并最终实现的未来。”

光粒子：光子学的优势

虽然许多量子研究都集中在超导“笼子”或捕获离子粒子上，但Cisco正在利用其在光子学方面的专业知识。光子是在光谱上携带电磁能量的失重粒子，它们在量子网络中共享和传输信息方面有很大的优势。

光子集成电路已经成为光通信和光通信网络的重要组成部分。Cisco最近通过收购Acacia和Luxtera扩大了其在这一领域的实力——创造了Pandey所说的“不公平的优势”。

同样，目标是尽可能利用现有技术和基础设施创建可扩展的量子解决方案。

“为了实现量子网络，我们采取了大胆的立场，”Kompella说。“我们希望能够利用现有的光纤和光学基础设施。量子充满了挑战，但如果我们不以此为目标开始，我们最终将会失败。它不会扩大规模，也不会让我们达到最终目标。”

虽然越来越多的公司专注于超导解决方案，但Kompella和Cisco认为，只有光子学才能提供所需的简单性和可扩展性。通过利用光子学，对许多额外技术的需求减少了。

“以超导领域的量子比特为例，它需要远距离传输，”Kompella解释说。“你需要一个能将大量信息从超导领域转移到光子领域的换能器。在我们的解决方案中，交点都是使用光子的。如果你已经在使用基于光子的工艺，那么就不需要换能器了。”

另一个优势?温度。与超导解决方案不同，光子学不需要被冷却到接近绝对零度。这消除了另一层成本和复杂性。

“我们希望所有东西都能在实际温度下工作，”Kompella说，“易于操作和维护。而且不使用在极低温度下工作的超导笼。”

量子领域的另一个挑战是信号退化，当量子比特在长距离传输时可能会导致信号退化。量子中继器是量子实验室正在探索和完善的解决方案。在一个成功的量子网络中，多个中继器将被放置以补偿沿途的光子损失。

他说:“这是我们正在帮助解决的重要挑战之一。

新量子vs旧量子:新的安全竞赛

再说一次，量子计算机入侵经典计算机或网络的威胁是真实存在的。关键任务的商业机密、知识产权或个人数据都可能受到损害。

其中一个最脆弱的地方可能是加密的传输密钥。即使是他们先进的密码技术也有可能被量子的力量所破解。而且，当信息传输到经典网络时，安全量子网络的数据仍然可能被黑客入侵。

Pandey警告说:“当量子节点出现时，今天互联网上的所有流量都可能处于危险之中。”“因为我们今天使用的密钥是用量子计算机很容易破解的算法构建的。这就是为什么每个人都很担心。”

量子密钥分发(QKD)是量子实验室内外正在探索的一种潜在解决方案。

Liz Centoni在2023年的预测中写道:“量子密钥分发(QKD)将特别有影响力，因为它避免了通过不安全的渠道分发密钥。”“到2023年，为了迎接后量子世界，我们将看到一个宏观趋势，即在数据中心、物联网、自主系统和6G中采用量子密钥分配。”

由于基于量子，QKD利用了所谓的不可克隆定理。它指出，克隆或复制任意量子态的信息是根本不可能的。如果有人尝试，很容易被发现。

“量子密钥分发是一种基于量子的机制，”Pandey说。“任何人都很难利用这种机制。但如果有人这么做了，它实际上是安全的。我们可以知道是否有人进来并试图篡改安全密钥。因此，它可以成为量子安全长期解决方案的一部分。”

安全、光子学和融合的经典量子网络是Cisco对量子未来长期愿景的三大关键支柱。正如Kompella总结的那样，未来需要大胆的创新想法、成熟的专业知识基础和强有力的合作伙伴关系。

“我们已经设定了一些大胆的研究目标，”他说。“我们正在定义一个长期愿景，这将导致安全的融合量子/经典互联网。我们已经万事俱备了。我们将与我们的合作伙伴、研究机构合作，让他们一起朝着实现这一长期愿景的方向前进。”