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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