台湾五年内有可能迎来第一波量子运算应用吗?

2020-06-24 08:00浏览 : 859
台湾五年内有可能迎来第一波量子运算应用吗?

量子电脑拥有强大的运算速度,若能善加利用,可加速开发出新材料、能源与破解不了的安全通讯,因此国际上国家单位、企业与研究机构皆投注资源进行研究,希望掌握关键技术夺得「量子霸权」地位。科技部主办「2018 未来科技展」,以「量子电脑运算革命大跃进」为题做专场论坛,从全球技术竞赛现况、国际分工等,深入探讨如何正确认识与思考量子电脑科技及其应用。

今年「2018 未来科技展」展区也特别推出「量子电脑专区」,藉由量子电脑科普、量子浮空投影、量子电脑体验及和专家谈量子等多元方式,让各界了解量子电脑技术发展现况。

台湾五年内有可能迎来第一波量子运算应用吗?

科技部政务次长许有进表示:科技部今年 4 月正式宣布启动「量子电脑」专案计画,以国家层级的角度推动量子电脑科技发展,结合国内最具优势的半导体产业的研发资源,共同发展量子元件製程。未来预计将培育量子电脑相关研发硕博士人才,并考量国内半导体产业及资讯通信 ICT 产业永续发展,与业界促成合作联盟,迎头赶上国际研发潮流。

专场论坛请到量子电脑研发领先企业 IBM 日本副总裁暨东京研究所所长森本典繁,进行专题演讲,剖析量子电脑的演进及未来;并由旺宏电子总经理卢志远、清大物理系教授牟中瑜、创投基金 Hardware Club 合伙人杨建铭从产业、学术、投资的观点,辩论量子电脑在台湾产业可能发生的应用。

量子运算从研究到开始成为前沿趋势,花了二十年功夫

森本典繁表示,100 年前就有物理学家提出量子理论,直到 20 年前日本科学家才找到以人工合成量子的方式,不过当时量子存在的时间仅十亿分之一秒,安定度太低,无法进行相关科学研究,随后每十年量子的存在时间就增加一千倍,到了 2018 年,人工产生的量子状态已能维持约万分之一到千分之一秒的时间,能够进行的研究更多。他说,「近两年量子电脑受到高度重视,其实是科学界努力了二十年的结果。」

IBM 是全球最早投入量子电脑研究的单位之一,演变至今,IBM 在 2016 年推出 Q Experience 量子电脑,供全球研究者测试使用,短短两年用户人数已破十万,从南极大陆到印度都有人使用,可见科学界对量子电脑的关注。今(2018)年 IBM 更推出 50 位元的量子电脑,不让 Google、微软、Intel 专美于前。

应用量子计算技术限制仍高,保持量子稳定是国际企业研发关键

森本典繁指出,传统电脑是 0 与 1 的位元电晶体组成,但量子电脑的每个 Q 位元(量子位元),可同时存在 0 与 1 的状态,因此其运算能力较传统电脑胜出;「但量子电脑并不是处处优于传统电脑,而是在解决指数级爆发的情况时,特别有用。」举例来说,要破解一个 800 位元排列组合的数字,目前速度最快的传统电脑要从中破解数字,须花一万年,而量子电脑只要一个星期。」

不过量子电脑仍有其瓶颈待克服,例如硬体的门槛就很高,必须降温至零下 273 度才能保持量子状态;且位元数还不够多,目前最先进的量子电脑仅数十个位元;另外,量子位元的安定度也还有待改善。森本典繁认为,在上述瓶颈克服之前,必须尽量启蒙各界,从硬体、软体、社群等各方面来建立认知。

量子运算的成熟关键,在于综合跨界人才一起定义问题

「IBM 提出量子社群的概念,这是实现量子电脑应用最重要的一环,因为它牵涉十分广泛,不能只靠数学或物理学家,而须要各领域专家一起合作。培养『量子原住民』也很关键,让新世代从小就习惯量子理论,才有能力发掘相关应用。」

森本典繁认为,量子电脑最快实现的应用场景有几个,例如模拟大规模的複杂事件,包括分子里的稳定轨道、股市风险;以及指数级排列组合的天文数字运算。

在专题演讲之后的讨论时间,森本典繁与另外三位专家探讨台湾产业可能的应用。森本认为,目前人类已发展到 Quantum Ready(即代表大众已经认知到量子运算带来的潜力)的阶段,未来三、五年内将达 Quantum Advantage,亦即将找到应用的证据。

量子电脑商业化还有数十年 台湾五年内有可能迎来第一波量子运算应用吗?

旺宏总经理、中研院士卢志远说,若以半导体发展史来类比,目前量子电脑相当于 1947 年的传统电脑,当时贝尔实验室发明了第一颗电晶体,终于能扬弃使用已久的真空管。而现在量子电脑就是处于刚发现硬体的阶段。「1947 年之后,IC 及半导体花了四十年的时间,应用才开始起飞,推测量子电脑也要再花个三十年才能商业化并从中获利。」

卢志远指出,三十年前 IBM 为了量子力学就做出低温电脑,甚至比今天的量子电脑还成熟,但当时也是须要在零下 273 度的环境进行;「如今又捲土重来,虽然进展不大,但时空条件不同,这次的尝试可能会成功。」卢志远说,传统电脑目前面对某些状况,运算能力已明显不足,例如 AI 的运算就须要找到新方法,因为有这样的需求,会促使研发的脚步加快;而放远全球,台湾因为科技人才多、产业链完整,可说是相当有机会的挑战者之一。

台湾专精量子超导位元的人才十只手指头数得出来,要怎幺善用这些力量?

清大物理系教授、国内量子力学权威牟中瑜表示,十年前清大物理系就提出量子超导位元的研发计画,可惜未获得国科会的支持,导致多年下来,国内专精量子超导技术者仅不到十人;如今科技部宣布每年投入七千万元在相关的研究,进展值得期待。

Hardware Club 合伙人杨建铭指出,台湾小国寡民,但却有完整的科技供应链,再加上全民对新技术的关注,这种对前瞻主题展现的高度兴趣,是台湾的资产,值得骄傲。不过若从创投的角度来看,量子电脑距离实际应用且带来获利,还须要很多年,因受限于硬体及量子位元稳定度,其 scalability(可扩充性)仍不高。「现在投资量子电脑技术,大多数是为了套利,趁话题延烧赶紧将持股卖给下一个投资人。毕竟量子电脑还没找到像以往笔电、智慧手机等消费市场的杀手级应用。」

不止电脑,量子应用还可包含通讯、资安领域

对于量子电脑还在「本梦比」阶段,森本典繁认为,短期内量子电脑确实不可能放进口袋或汽车中,它的强项是辅助传统电脑进行複杂运算,因此第一代量子电脑应会是建置在集中式的资料中心或大型伺服器週边,分担其工作量,成为一种混生式的电脑架构。

「1945 年 IBM 发明第一部电脑时,创办人华生曾说:『全世界或许有五个人会买我的电脑』,但看看现在传统电脑的普及率!」森本典繁认为,目前看待量子电脑,并不适合从消费市场的角度来思考。

牟中瑜也指出,量子电脑的应用,五年之内一定会出现,例如它可协助 AI 深度学习的加速运算。「但它不是处处都优于传统电脑,而是在特定任务上的功能十分强大。」目前量子理论的应用市场,除了量子电脑外,还有量子通讯、量子量测、量子模拟等,其市场潜力都比量子电脑来得更快。例如量子通讯就能在网路上提供高度安全的保障,主因是量子位元十分脆弱,一旦有外来窃听讯号的干扰,立刻就会发现。 量子雷达也受到军方的高度重视,主要是利用量子纠缠的特性,送出两组光子来侦测隐形战机。

从应用层面来观察,量子电脑绝对会成为人类科技研发的重要加速器与工具,可以确定的是,以传统电脑产业架构来想像量子电脑的世界,很容易似是而非的误用技术优势,即使对在量子领域研发已经钻研数十年的 IBM 而言,量子电脑的市场布局与思考,也绝对不同于上个世纪推出超级电脑的架构。台湾未来要如何加入这股趋势,是进入资源竞赛或是找出本身的研究利基,拓展某方面的专精应用成为政府、产业、学界都应该要一起共同探讨的问题。

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