专家传真－量子电脑商机可期 台湾宜掌握量子科技发展动向

全球已有16个国家将量子科技列为国家发展计划，光是2021年就投入225亿美元的经费。图为德国首台量子计算机。图／中新社

量子科技不仅是出现在科幻电影的酷炫技术，甚至已是科技大国竞逐的新兴市场。量子科技是透过操控个别原子、电子、光子甚至原子核等的量子叠加（Quantum Superposition）和量子纠缠（Quantum Entanglement）行为，应用于量子运算（如：量子电脑、量子演算法等）、量子通讯（如：量子传输、量子密钥等）、量子控制及量子元件（如：量子感测）等领域。

美国在2018年6月提出国家量子倡议，并编列10年共计12.75亿美元预算投入发展；加拿大制定的国家量子策略Quantum Canada计划投入量子科学超过10年。欧盟则启动10亿欧元量子技术旗舰计划（QTFP），实现量子技术产业化；中国更以结构性政策扶植量子产业发展，在中国制造2025的国家政策中，投入约100亿美元于量子技术等高科技研发计划，甚至决定在2030年时卫星通讯设备将安装量子加密系统，将量子技术用于军事上。日本量子技术研发计划则以开发量子退火技术与量子演算法为主，日本最大的IP服务公司富士通则认为，与其先把资金投入昂贵尚无法商用的量子电脑，不如进行类量子数位退火技术跟伺服器的开发。

然而，自2020年中美贸易战加上疫后各国致力振兴经济及数位转型，发展量子科技势在必行，全球有16个国家已将量子科技列为国家发展计划，并结合太空通讯网路，光是2021年就投入225亿美元的经费。台湾也不落人后，在2020年12月启动包含科技部、经济部、中研院等跨部会的量子国家队计划，预计在5年内投入总经费80亿台币的经费，结合跨域人才，打造最适合台湾的量子科技路线。

量子科技发展态势日趋明显，科技大厂也纷纷投入研发。IBM早就着手研发的低温超导量子电脑，近年加速全球布局，并已于2021年底成功推出127 qbits量子运算晶片，预计2022年推出433qbits的系统。IBM认为1000qbits是量子电脑商业化的起点，宣示2023年将推出1,121qbits的量子运算晶片；GOOGLE、微软等科技巨头也布局量子电脑云端服务，逐渐用在人工智慧等高复杂度的运算测试。

在量子电脑的发展上，当前量子电脑的技术挑战在于稳定量子态的维持，因细致量子态易受震动、电磁场及热扰动等干扰，因此超导量子位及矽量子点量子电脑需在极低温环境下才能正确运算，而离子阱量子电脑则需极真空环境以避免量子位元受干扰，加深研发难度。

针对这些特性，量子运算产业生态系应运而生，可分为量子运算软体与服务商、量子电脑硬体与电路系统制造商及端点对端点（End-to-End）终端应用服务商。根据量子运算市场又可细分为量子加密、软硬体建构、量子电脑人工智慧、光学量子电脑、云端量子运算服务、量子电脑控制电路及量子电脑系统建构等类别，在2021年底，全球超过200多家量子电脑相关新创问世，预期未来相关应用领域潜力无穷。

台湾有完整的半导体产业链优势，可从低温元件模型、关键零组件，模组开发到系统整合验证等面向进入。值得一提的是，以荷兰台夫特理工大学和QuTech为首的研究群组，成员包括美、英、法、义、瑞、中及IC大厂Intel和ADI，目前已发表22奈米超低温控制晶片，建议台湾优先将低温半导体列为国际合作对象。其次，微软与澳洲雪梨大学及美国普渡大学合作开发的数位多路复用器，以可程式化逻辑闸阵列（FPGA），来减少传输线配置，这也是国内产业适合投入的契机。而google与美国麻萨诸塞大学阿默斯特分校、美国加州大学圣塔芭芭拉分校合作研发可在超低温运行的28奈米控制晶片，也适合台湾产业在此萌芽。

另外，量子电脑与传统电脑系属全然不同的运算法则，需要崭新的软硬体及电路系统设计，随着量子位元扩充，更亟需解决控制系统复杂且讯号连接线过多的问题。建议台湾产业可投入低温控制电路与模组及量子运算路径等关键技术的掌握者，结合国内IC设计、晶圆代工、系统整合与科技服务业形成产业链。