下一世代運算工具—淺談量子電腦(Quantum computer)(上)

【10秒小科普】何謂量子電腦？

量子電腦就是高效能電腦的進階版，透過『量子位元(qbit)』來處理資料，可以同時計算0與1。簡而言之，量子電腦具備在短時間內處理巨量資料及運算完成的能力。

當聽到「量子電腦」這個名詞，對於一般大眾來說都會覺得高深莫測，粗淺的判斷會認為可能是一個新時代的科技工具，當真的上網去查何謂量子電腦時，對於網路上資料的解說看得似懂非懂。然而，新聞上卻頻頻報導世界科技巨擘IBM、Google、Intel等都搶當霸主，甚至連國內的科技大廠鴻海、廣達、台積電、聯發科等都不放過這波量子電腦的浪潮，紛紛相繼投入資源進行研發，本文將試著從初學者的角度出發，解析量子電腦(Quantum computer)的原理以及與傳統電腦之差別。

2019年新冠肺炎全球爆發，顛覆了所有人的生活，引頸期盼的疫苗為這波疫情帶來一線曙光，世界製藥大廠莫德納(Moderna)、輝瑞(Pfizer)、阿斯特捷利康(AstraZeneca)在1年內完成疫苗的臨床試驗，使人類擁有病毒的抵抗能力，讓全世界慢慢地回歸正常生活，但若是運用量子電腦搭配人工智慧(AI)模型模擬數以萬計的藥物分子結構，在短短幾天內就完成疫苗的研發，想必結局定會截然不同。

圖   IBM Q System One 於2019年國際消費電子展(CES)展示圖

圖片來源：IBM官網

新應用》量子電腦可應用於新藥、創新材料製造、機器學習

為何量子電腦能夠完成傳統電腦無法達到的運算速度？簡單來說，量子電腦為高效能電腦的進階版，其運算的數據範圍大到超乎一般的想像，量子電腦是基於量子力學及粒子量子態(Quantum State)的資訊處理，然量子電腦並非要取代傳統電腦，而是要解決許多傳統電腦難以解決的現代重要應用領域項目，包含新藥開發、創新材料製造、金融投資與風險管理、機器學習、人工智慧等。

量子電腦之所以能具備在短時間內處理巨量資料及運算完成的能力，源於量子疊加(superposition)以及量子糾纏(entanglement)的特性，相較於傳統電腦的運算是以『位元(bit)』形式處理資料，透過0與1兩種狀態的切換，亦即不是0就是1的方式來計算的數學邏輯，但量子電腦則是透過『量子位元(qbit)』來處理資料，可以同時計算0與1。簡而言之，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計算出來的資料。

新挑戰》受限於硬體設備 精準度仍待提升

然而，現階段面臨最大的問題是比起傳統超級電腦的精準度仍欠缺，由於量子電腦還在發展初期，受限於目前硬體設備裝置處於複雜且不成熟的狀態，後續仍有很大的發展盡應用空間。

資料來源：

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

2.【量子電腦撼全球】台積電、聯發科、鴻海、廣達都不放過！ 3分鐘讀懂量子電腦(https://www.mirrormedia.mg/story/20220223ind003/)