台灣自製「量子電腦」登場!量子電腦是什麼?跟傳統電腦差在哪?一文看懂
台灣自製「量子電腦」登場!量子電腦是什麼?跟傳統電腦差在哪?一文看懂

「量子電腦」是什麼?中央研究院近期舉辦了「量子電腦專題中心進度報告會」,發布台灣首部自研、自製5位元超導全系統量子電腦,且將部署至雲端讓合作單位進行測試。

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模組化精密設計: IBM將量子電腦上千個精密零件,以模組化方式放進玻璃外罩中,並找來《蒙娜麗莎》展示櫃的製造團隊操刀,向全世界展示首台商用量子電腦「IBM Q System One」。
圖/ IBM

IBM在2019年的CES展中,對外展示了全球第一台商用量子電腦IBM Q System One,獨特的外觀在許多人心中留下深刻的印象。中研院也在2019年開始討論,怎麼在台灣發展量子電腦,並在2020年開始與國科會(時任科技部)、經濟部組成「量子電腦國家隊」。

而台灣首部自研、自製5位元超導全系統量子電腦,也讓台灣躋身少數可以自製量子電腦的國家,中研院院長廖俊智表示,雖然跟世界頂尖還有差距,「但也是在一隻手能數得出來的國家」中完成研發。

量子電腦是什麼?中研院自製的量子電腦有什麼用?

提到量子電腦,許多人會直覺反應量子糾纏、量子疊加等技術。但一言以蔽之,就是目前的運算邏輯是以0或1的形式處理二進制訊息,但量子運算可以同時處理兩者,最大、最重要、最關鍵的特性就是「快」。

到底有多快?

台灣大學IBM量子電腦中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明,「如果每次走1公尺,走30次後可以走多遠?傳統電腦的走法是1×30,結果是30公尺;量子電腦則是2的30次方,約等於繞地球26圈。 這種『指數增長』便是量子電腦的威力。

從理論上來看,一台50個量子位元的量子電腦,就能超越世界上最強的超級電腦運算力。而量子位元就像是強度的證明,擁有越多的量子位元,就擁有越強的運算能力。

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量子電腦構造
圖/ IBM

雖然中研院量子電腦看起來只有5位元,但放眼全球除了大型科技公司如Google、IBM之外,能自研、自製的單位也不多。更重要的是,中研院僅花了2年時間就推動上線。

中研院物理研究所暨應用科學研究中心陳啟東特聘研究員解釋,5位元超導量子電腦的開發過程,是建立國內量子電腦生態系的最佳平台。同時,也是台灣量子生態系掌握核心技術的關鍵,讓人才有練兵的場域。成果也可以提供給國內許多業者測試開發,讓想要深入量子領域的業者,可以先透過中研院的平台試試水溫。

量子電腦功能有什麼?可以用在哪?

現行所有的「運算」,都有機會被量子電腦帶到新的層級。 但最多人討論的絕對是「破解密碼」

現行的加密運作流程,就是用極大的運算量當作關卡,讓破解的密碼的時間拉到「幾千年、幾萬年」以上。但量子電腦的速度,可以突破這個時間限制。趨勢科技在2018年年初就組成一個6人團隊鑽研量子電腦與密碼學,其表示:「只要量子位元數能增加至200個,威力將會很驚人!到時候『有加密等於沒加密』。」

而提到加密,比特幣也就浮上檯面。

俗稱的「挖」比特幣,也就是進行一連串的數學運算,量子運算有機會暴力突破這些運算,在短時間內把比特幣都挖出來。雖然所需的運算量、量子位元很大,但也成為受人矚目的焦點。

量子電腦
許多行業都有量子電腦、量子運算一展拳腳的空間。
圖/ 數位時代

除此之外,在AI、醫療、資安、金融等領域,都有量子運算一展拳腳的空間。舉例來說,在製藥領域,可以用大量的運算製作、試驗、合成人們還沒想過的可能性,搭配AI可望帶來大躍進。

量子電腦有哪些科技巨頭競逐?目前誰取得先機?

先從一個新聞來看,在今年1月30日,IBM與東京大學、首爾大學、芝加哥大學簽署了一項協議,將投入1億美元(約為新台幣30億元)發展、打造量子電腦生態系。由此可知,量子電腦需要龐大的金錢與研究人力,也讓護城河的門檻非常高,不是所有人都能輕易切入。

目前全球有幾個量子電腦「大玩家」。

IBM:位元數領先、落實商用

IBM非常積極投入量子電腦的領域,不只推出第一台商用量子電腦IBM Q System One,也讓研究人員可以透過線上預約的方式,進行小規模的量子運算測試。在2023年發表的量子電腦Condor,已經突破1,000量子位元,並預計在2025年將技術推進到4,000個量子位元以上。

Google:與NASA攜手合作

Google Quantum AI成立於2013年,由Google、NASA和數間頂尖大學、研究協會共同投入。而Google Quantum AI有一個明確的使命,就是研究量子運算怎麼跟機器學習合作,解決各種複雜的挑戰。另外,Google在2023年年中也發表研究結果,試圖以更強大的處理器獲得量子霸權之位

AWS:作為「平台」,廣納各種量子服務

AWS旗下的Amazon Braket是一項託管量子運算服務,目標是加快量子運算領域的研究與軟體開發。而Amazon Braket是一個平台,讓用戶通過雲端嘗試各種量子電腦或技術,包含D-Wave的量子退火、IonQ的離子阱處理器等。此外,AWS也投入量子晶片研發。

阿里巴巴:行蹤成謎?

阿里巴巴集團的雲端公司與中國科學院合作,在上海開設了阿里巴巴量子計算實驗室,被視為中國投入量子電腦、量子運算的重要角色。不過,在去年12月,阿里巴巴量子實驗室關閉,引起專家們廣泛地猜測,質疑關閉是否與阿里巴巴的財務有關,或者表明量子技術還存在更未能解的問題。

不過,相較於AI的爆發,量子電腦、量子運算、量子技術所獲得的資源自然受到排擠,但從各家巨頭的投入——不只上述這些公司,還有英特爾(Intel)、輝達(NVIDIA)等——可以發現仍是不可忽視的項目。而AI能否跟量子電腦能有更多的整合,讓發展AI的同時,也帶動量子技術的發展,也許是可以觀測的短期目標。

延伸閱讀:Google量子電腦大進展!超級電腦花47年的運算,它只要6秒,霸權之爭結束了?

責任編輯:錢玉紘

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