下個世代運算工具—量子電腦(Quantum computer)淺談(中)–主要發展技術與投入廠商

2019 年，台積電董事長劉德音曾說：「假如有一天，每一個人的口袋都有一個量子電腦，我想台積電一定不會缺席。」這句話顯示了台積電在量子電腦的這波研發趨勢中定會佔有一席之地，並且認為量子電腦在未來可能會成為一項非常普及的工具。

量子電腦與傳統電腦的差別在於用何種運算形式來處理資料，傳統電腦是以『位元(bit)』形式處理資料，而量子電腦則是透過『量子位元(qbit)』來處理資料，在有極其龐大的資料量下，透過量子電腦能大幅減少計算時間，相較於傳統電腦，甚至能在短時間內計算出過去傳統電腦必須花十幾年或幾百年都無法算出來的東西，但精準度相較於傳統超級電腦仍有些欠缺，受限於硬體設備裝置的複雜與不成熟，後續仍有很大的發展及應用空間，故不少國際大廠甚至是新創都開始涉足量子運算(quantum computing)這個新興領域，下面將介紹近期有發展量子技術並取得一定成績的公司及新創。

圖說：新興量子電腦(Quantum Computer)技術布局與研發方向

圖片來源：經濟日報(https://money.udn.com/money/story/122229/6432397)

目前主要用以建構量子電腦的技術有離子阱(trapped ion)、超導迴路(superconductors)、矽基電子量子位元(electon spin silicon based)。

以離子阱(trapped ion)技術來開發量子電腦的廠商：投入的廠商有ION Q及Honeywell，其運作的環境需為真空環境，這種技術的優勢在於量子態連貫時間(coherence time)長及量子不易操作，但面臨的挑戰則為須建構具高速運算系統，且體積偏大也不易擴充；其中ION Q為成立於2015年的新創，總部位於美國馬里蘭州College Park，估計獲得8,400萬美元的資金，近期傳出ION Q考慮透過SPAC(特殊目的收購公司)收購上市，成為第一家量子運算軟硬體商業化的公開上市企業。上市後市值估達20億美元。

以超導迴路(superconductors)技術來開發量子電腦的廠商：相較於離子阱(trapped ion)有更多的廠商投入開發，包含Google、IBM、intel、Rigetti Computing及D-Wave，該技術需要超低溫(~15mk)的運作環境，其優勢為目前Qbit(量子位元)數量最多且有依摩爾定律增加之趨勢，量子較有彈性也易操作，但所面臨的挑戰為量子易受干擾(已有對應的解決方案)，以及元件大不易縮小；其中，Rigetti Computing來自美國加州柏克萊，在2020年取得了7,900萬美元的C輪融資，總募資約為1億9845萬美元。D-Wave則來自於加拿大成立於1999年，是量子計算領域的先驅，近期加拿大政府向D-Wave提供4000萬美元的融資，以鞏固其在量子計算領域的全球領導者地位。

以矽基電子量子位元(electon spin silicon based)技術來開發量子電腦的廠商：該技術目前僅有intel投入開發，運作環境同樣為超低溫(~15mk)，優勢在於與目前半導體CMOS製程相容且元件小有利量產，但其挑戰為Qbit(量子位元)數量增加不易且易受干擾，仍需克服電子sensitive to charge的問題，材料的部分則需限定妤使用純化矽28。

綜合上述三項技術，超導迴路(superconductors)技術現階段乃為最成熟且最多廠商投入，而coherence(量子糾纏時間)、scalability(可擴充性)、controllability(量子現象之可控與可量測性)為後續各項技術競爭與突破的重點，後續將介紹量子電腦技術應用現況、各國主要政策以及對於台灣的重要啟示與議題。

封面圖片來源：IBM官網(https://research.ibm.com/interactive/system-one/)

參考來源：

1.工研院IEK產業情報網(https://ieknet.iek.org.tw/)

2.量子電腦 新興技術聚焦(https://money.udn.com/money/story/122229/6432397)

3.這是 IBM 的量子電腦原型，你完全找不到主機板跟記憶體放在哪裡(https://www.techbang.com/posts/63969-at-ces-ibm-showcases-the-prototype-of-a-quantum-computer-which-is-literally-like-a-piece-of-art)

4.12家量子新創可能成為獨角獸(https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=17598)

5.IBM Q System One (https://research.ibm.com/interactive/system-one/)

6.全球值得關注的八家量子運算公司(https://www.edntaiwan.com/20210621nt61-8-quantum-computing-companies-to-watch/)