專家傳真－量子電腦商機可期 臺灣宜掌握量子科技發展動向

全球已有16個國家將量子科技列爲國家發展計劃，光是2021年就投入225億美元的經費。圖爲德國首臺量子計算機。圖／中新社

量子科技不僅是出現在科幻電影的酷炫技術，甚至已是科技大國競逐的新興市場。量子科技是透過操控個別原子、電子、光子甚至原子核等的量子疊加（Quantum Superposition）和量子糾纏（Quantum Entanglement）行爲，應用於量子運算（如：量子電腦、量子演算法等）、量子通訊（如：量子傳輸、量子密鑰等）、量子控制及量子元件（如：量子感測）等領域。

美國在2018年6月提出國家量子倡議，並編列10年共計12.75億美元預算投入發展；加拿大制定的國家量子策略Quantum Canada計劃投入量子科學超過10年。歐盟則啓動10億歐元量子技術旗艦計劃（QTFP），實現量子技術產業化；中國更以結構性政策扶植量子產業發展，在中國製造2025的國家政策中，投入約100億美元於量子技術等高科技研發計劃，甚至決定在2030年時衛星通訊設備將安裝量子加密系統，將量子技術用於軍事上。日本量子技術研發計劃則以開發量子退火技術與量子演算法爲主，日本最大的IP服務公司富士通則認爲，與其先把資金投入昂貴尚無法商用的量子電腦，不如進行類量子數位退火技術跟伺服器的開發。

然而，自2020年中美貿易戰加上疫後各國致力振興經濟及數位轉型，發展量子科技勢在必行，全球有16個國家已將量子科技列爲國家發展計劃，並結合太空通訊網路，光是2021年就投入225億美元的經費。臺灣也不落人後，在2020年12月啓動包含科技部、經濟部、中研院等跨部會的量子國家隊計劃，預計在5年內投入總經費80億臺幣的經費，結合跨域人才，打造最適合臺灣的量子科技路線。

量子科技發展態勢日趨明顯，科技大廠也紛紛投入研發。IBM早就着手研發的低溫超導量子電腦，近年加速全球佈局，並已於2021年底成功推出127 qbits量子運算晶片，預計2022年推出433qbits的系統。IBM認爲1000qbits是量子電腦商業化的起點，宣示2023年將推出1,121qbits的量子運算晶片；GOOGLE、微軟等科技巨頭也佈局量子電腦雲端服務，逐漸用在人工智慧等高複雜度的運算測試。

在量子電腦的發展上，當前量子電腦的技術挑戰在於穩定量子態的維持，因細緻量子態易受震動、電磁場及熱擾動等干擾，因此超導量子位及矽量子點量子電腦需在極低溫環境下才能正確運算，而離子阱量子電腦則需極真空環境以避免量子位元受干擾，加深研發難度。

針對這些特性，量子運算產業生態系應運而生，可分爲量子運算軟體與服務商、量子電腦硬體與電路系統製造商及端點對端點（End-to-End）終端應用服務商。根據量子運算市場又可細分爲量子加密、軟硬體建構、量子電腦人工智慧、光學量子電腦、雲端量子運算服務、量子電腦控制電路及量子電腦系統建構等類別，在2021年底，全球超過200多家量子電腦相關新創問世，預期未來相關應用領域潛力無窮。

臺灣有完整的半導體產業鏈優勢，可從低溫元件模型、關鍵零組件，模組開發到系統整合驗證等面向進入。值得一提的是，以荷蘭臺夫特理工大學和QuTech爲首的研究羣組，成員包括美、英、法、義、瑞、中及IC大廠Intel和ADI，目前已發表22奈米超低溫控制晶片，建議臺灣優先將低溫半導體列爲國際合作對象。其次，微軟與澳洲雪梨大學及美國普渡大學合作開發的數位多路複用器，以可程式化邏輯閘陣列（FPGA），來減少傳輸線配置，這也是國內產業適合投入的契機。而google與美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校、美國加州大學聖塔芭芭拉分校合作研發可在超低溫運行的28奈米控制晶片，也適合臺灣產業在此萌芽。

另外，量子電腦與傳統電腦系屬全然不同的運算法則，需要嶄新的軟硬體及電路系統設計，隨着量子位元擴充，更亟需解決控制系統複雜且訊號連接線過多的問題。建議臺灣產業可投入低溫控制電路與模組及量子運算路徑等關鍵技術的掌握者，結合國內IC設計、晶圓代工、系統整合與科技服務業形成產業鏈。