下個世代運算工具，揭開量子電腦神祕面紗
https://technews.tw/2018/05/15/secret-of-quantum-computer/
2016 年 4 月，當時上任不到一年的加拿大總理杜魯多（Justin Trudeau），在一個公開
場合以 35 秒解釋什麼是量子電腦，影片在網路上被大量轉貼、討論；隔年 3 月《經濟
學人》雜誌就以「量子躍遷（Quantum Leap）」為主題，介紹了量子技術的展望，讓量子
電腦躍上大眾視野。
微軟執行長薩蒂亞·納德拉（Satya Nadella），也曾將人工智慧（AI）、混合實境（MR
）、量子電腦，並列為重塑未來世界的 3 種開創性技術，Google、IBM、Intel、微軟，
以及許多研究人員近來也都以打造可以商業使用的量子電腦為目標，雖然這項顛覆以往思
維的運算技術仍只是在起點，但你我都應該從現在開始認識量子電腦，了解這項科技將在
未來扮演關鍵角色。
運算速度更強大，拆解量子電腦背後原理
量子電腦的概念，來自 1982 年物理學家理察‧費曼（Richard Feynman）將量子體系用
於運算的想法，不過在那個年代都僅止於理論推導，但卻也是翻轉現代電腦科學重要的關
鍵點，簡單來說，量子電腦的運算速度可以超越現在生活中，你我使用的傳統電腦，以更
快的速度解決生活中的各項難題。
一般電腦（包括桌機、筆電、平板、智慧型手機）都採用二進位制的計算單位「位元（
bit）」，意思是 0 與 1 的二分法，一次只會出現 0 或是 1 單一種狀態，也就是「
yes / no」形式；量子電腦則採用「量子位元（qubit）」，這種計算方式有「疊加（
superposition）」特性，可以同時出現 0 與 1，產生 00、01、10、11 的疊加狀態，也
就是「yes / no / both」形式。
《華爾街日報》曾比喻，如果傳統位元是靜止的硬幣，一次只能出現正面或反面，量子位
元就像旋轉中的硬幣，正反兩面都可以同時出現；或者也可以將傳統電腦想像成單一種樂
器，量子電腦就像是眾多樂器組成的交響樂團，能夠一次同時演奏不同的段落。
量子電腦之所以被稱為「下個世代的運算工具」，是因為可以在多管齊下、同步測試各種
可能找出答案，透過量子電腦，可以幫助人類在短時間內完成一般電腦需要花上數十年才
能解決的問題。
之所以能擁有這麼快的運算速度，靠的是量子疊加（superposition）、量子纏結（
entanglement）這兩大量子特性。
量子疊加指的是每單位可以 0 或 1、0 與 1 相互疊加，形成 00、01、10、11 四種組合
；量子纏結則是指量子位元可以分組聚合、一次同步計算各種可能性，也因為如此，運算
能力才能大幅提升。
目前面臨的技術困境？
穩定性不足
量子電腦這項科技已經真實存在，但要能實際在商業上應用，仍有許多困難需要克服，目
前量子電腦的穩定性不夠，容易受到熱能、電磁輻射等外在環境干擾，必須將處理器存放
在絕對零度（零下273攝氏溫度）的環境中，才能讓人類與量子電腦一起工作，目前為止
因為打造這樣的環境條件仍需要相當困難的技術，也導致量子電腦發展速度受到限制。
錯誤率有待降低
此外，要達到商業化的目標，處理器要達到50量子位元（qubit）、雙量子位錯誤率低於
0.5% 的標準，才能符合「量子霸權」(quantum supremacy）定義，Google 在今年 3 月
推出 72 量子位元處理器「Bristlecone」，雖然已達到標準，但目前錯誤率的穩定仍是
一大關鍵。
開發量子軟體
最後，量子電腦要能真正發揮作用，同步開發量子軟體也很關鍵，高度的運算複雜度，使
得開發人員必須具備一定程度的物理、數學、軟體工程知識，但由於初期研發出的量子電
腦硬體規格不一致，所以軟體大多必須客製化。
量子電腦預計在 10 年內就能從實驗室邁向商用，為人類生活帶來天翻地覆衝擊，在未來
世界中，誰能掌握量子電腦技術，就擁有優勢制霸權，也因此各家科技大廠、各國政府無
不積極迎戰，就像前微軟首席研發策略長克瑞格·蒙迪（Craig Mundie）說的：「這是
70 年來，我們第一次建構一個完全不同的運算系統，這並非升級或改進，而是一個完全
不同性質的新事物。」
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科幻作品中的老梗之一 ─ 量子電腦。
早就有人做出來了只是一直沒法商業化，看到十年內應該就能商業化這點就會想著又一個
幻想技術要實現了。