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產業追蹤/量子運算掀熱潮 拚十年內商品化
2020-09-06 02:00 經濟日報 / 羅濟威
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Google執行長皮伽與Google量子電腦。(網路照片)
由於科技的進步,各種資料量的成長呈現急速攀升,但隨著半導體產業走入摩爾定律末期
,電晶體與導線尺寸已趨近極限,傳統電腦受限於運算模式,僅靠增加運算元件的方式來
提高資料處理速度及資訊量的方式,將導致耗能及成本的增加,但量子運算技術卻因為具
備可同時大量的平行運算的特性,可大幅增加處理速度及容量,理論上具備50個量子位元
(qubit)的量子電腦,就已經超越當今超級電腦的計算能力,也因此被視為解決後摩爾
時代困境的良藥。
量子運算能夠具備快速運算及大容量的優勢,主因在於量子疊加(superposition)以及
量子糾纏(entanglement)特性。傳統運算是以位元(bit)的形式處理資料,透過0與1
兩種狀態的切換來描繪數學邏輯,但量子運算是透過量子位元來處理資料,量子可隨時在
0與1之間轉換而產生不同的比例組合,例如2個位元僅能儲存(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)其
中一個組合,但2個量子位元即可同時儲存(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)的組合,而n個位元
僅能儲存一種的組合,但量子位元則卻可以儲存2n種組合,而在運算上,n個量子位元可
能同時對2n數據進行運算,但傳統的運算上則需執行2n次,或採用2n個處理器來進行。
量子糾纏則是指同一事件所產生的兩個量子,彼此之間是互有關聯,以電子作為量子為例
,當其中一粒電子或得能量後被偵測出自旋向上,則另一粒電子必定為自旋向下,而這種
特性則可讓數據保持同步,解決需透過編寫大量的代碼來維護數據的同步和互斥問題。
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量子運算具備快速運算及大容量的優勢。(網路照片)
此外,量子還具備不可複製的特性,此種特性會讓量子在傳輸過程中,一旦被竊取,資訊
量就會因而減少造成傳遞的失真,若改為觀測,則又會因而對量子訊息產生干擾而被發現
,而這項特性也成為現今量子資訊學的基礎,這也解決傳統上使用難解的數學難題進行加
密會被量子電腦輕易破解的問題。因為量子技術的特性,隨著技術成熟達到商業化 後,
將會為需要巨量資料處理的創新材料製造、化學製藥、AI、網路安全和金融科技等領域帶
來顛覆性影響。
量子技術發展自1900年第一次量子革命帶來對於量子的理解與預測後,隨著對微觀世界在
觀察及控制技術的進步,相關理論及應用日趨成熟,如今量子技術進入第二次量子革命,
開始著手嘗試使用工業設計開發量子系統,並用於系統工程、材料研究、醫療、通訊、半
導體和光子學等應用。
Inetl推估,2015至2025年量子技術將進入商業化的「系統期」,相關技術從理論進入實
踐並趨向完備,而Google在2019年於NASA艾姆斯研究中心網站發表的「量子霸權」指出,
量子技術十年內可實現商品化。
廠商投入方面,由Yole Développement在2020年公布的量子技術報告顯示,目前量子領
域應用以量子計算及其軟體的投入最多,全球185家主要投入廠商中,有26%投入,包含
Intel、IBM、微軟、Google、D-wave等,這些大廠已打造出量子電腦的雛形,包括Intel
的Tangle Lake、Google的54 qubit的Sycamore。
量子計算軟體應用有25%的公司投入,包括softwareQ、1QBit、Zapata computing等。
量子通訊投入廠商占整體19%,包含IDQ、問天量子等。投入量子感應器的廠商有Thales、
Bosch、Muquans等。
目前量子市場被預估將於2026至2027年快速發展,技術應用市場包括量子計算、量子密碼
和感測技術的整體市場價值,將從2020年5.3億美元成長到2030年的32.6億美元,年複合
成長率19.9%。其中量子計算及軟體領域市場將有最高的成長率,預計從2020年的0.3億美
元上升到2030年的19.2億美元,年複合成長率50.2%,主要價值在於量子退火技術。
此外,新興技術如量子即服務(QaaS)及量子電腦的普及,也將加速量子計算市場產值升
高,在與通訊相關的量子密碼市場,預估2020到2030會因新通訊技術如5G出現與普及,加
速市場擴大,產值將從0.8億美元上升到2030年7.9億美元,年複合成長率25.1%,而感測
技術市場相較於前兩個領域,市場成長則相對較低,相關產值估從2020年4.1億成長到
2030年5.5億美元。(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)
Google量子電腦
名稱:Sycamore(梧桐樹)
里程碑:僅花2 0 0秒就可完成全球最強超級電腦所需耗時1萬年的複雜運算任務
影響:證明量子科技指日可待