台灣領先自製超導量子電腦 和一般電腦有何不同？

2019年IBM推出世界上第一台20量子位元的商業化量子電腦「IBM Q System One」，其後IBM也陸續在德國、日本安裝量子電腦。英國、南韓、俄羅斯、德國等國也投入大量資源開發自製量子電腦，許多科技趨勢報告也將量子電腦的相關技術發展列為年度突破，一場量子科技競賽已然開始。

去年中研院突破瓶頸，成功打造出台灣自研自製的5位元超導量子電腦，並於本（1）月中旬開放計畫合作者連線使用，未來將和產學研界合作，持續研究、提升研發更高性能的量子電腦。

• 中研院自製5位元超導量子電腦 晉升世界領先行列

超導量子電腦是什麼？

科技部科普網站科技大觀園說明，量子（Quantum）是一種物理學概念，可以用來描述物質和能量。

而量子電腦的基本運算單位「量子位元（qubit）」，就是利用量子疊加狀態和量子糾纏等量子特性，讓單一量子同時處於兩種物理狀態，且2個量子間必須形成聯結，讓2個量子即使不在同個空間，也可以即時互相影響。

有別於傳統電腦以0和1來進行運算，量子電腦具備的特性讓它可以進行平行運算，為電腦的運算能力帶來革命性突破。

2019年Google在期刊《Nature》上發表論文，指出他們開發的53量子位元量子電腦Sycamore（梧桐樹），只需要200秒就能夠完成世界上最好的超級電腦要運行1萬年才能完成的運算任務。

量子電腦如何運算？

不論是電子、離子或光子，只要能夠達到上述的疊加和糾纏狀態，都可以被稱為量子位元，因此目前常見的量子運算方式共有量子點（quantum dots）、離子陷阱（trapped ions）、超導迴路（superconducting loops）、鑽石空缺（diamond vacancies）和拓撲量子位元（topological qubit）5種方式。

主流的「超導迴路」與前景看好的「量子點」都需要在接近絕對零度（-273.15°C，熱力學的最低溫度）的環境運行，讓每個原子的平均動能維持在極低的狀況，避免破壞其他量子態，但也因為它的運行環境與日常生活差異巨大，材料特性會完全不同，必須重新進行開發。

此外量子的不確定與不穩定性，讓它很難觀測，即使以前述的低溫來避免互相干擾，仍會出現一定的錯誤率。但若該量子電腦的運算力超過50量子位元的話，以現行的電腦技術無法得知錯誤，因此必須仰賴量子電腦重複運算來檢查計算結果。

量子電腦能做什麼？

現階段的量子電腦發展重點並非取代位元電腦，而是利用其驚人的運算速度，處理超級電腦無法解決的難題，例如提升機器學習，應用在發現疾病、化學、製藥、金融、交通或天氣觀測等領域。