【2018 未來科技展】台灣五年內有可能迎來第一波量子運算應用嗎?

量子電腦研發領先企業 IBM 日本副總裁暨東京研究所所長森本典繁首度來台。

量子電腦擁有強大的運算速度,若能善加利用,可加速開發出新材料、能源與破解不了的安全通訊,因此國際上國家單位、企業與研究機構皆投注資源進行研究,希望掌握關鍵技術奪得「量子霸權」地位。科技部主辦「2018 未來科技展」,以「量子電腦運算革命大躍進」為題做專場論壇,從全球技術競賽現況、國際分工等,深入探討如何正確認識與思考量子電腦科技及其應用。

今年「2018 未來科技展」展區也特別推出「量子電腦專區」,藉由量子電腦科普、量子浮空投影、量子電腦體驗及和專家談量子等多元方式,讓各界了解量子電腦技術發展現況。

科技部政務次長許有進代表科技部出席 2018 未來科技展量子電腦論壇。

科技部政務次長許有進表示:科技部今年 4 月正式宣布啟動「量子電腦」專案計畫,以國家層級的角度推動量子電腦科技發展,結合國內最具優勢的半導體產業的研發資源,共同發展量子元件製程。未來預計將培育量子電腦相關研發碩博士人才,並考量國內半導體產業及資訊通信 ICT 產業永續發展,與業界促成合作聯盟,迎頭趕上國際研發潮流。

專場論壇請到量子電腦研發領先企業 IBM 日本副總裁暨東京研究所所長森本典繁,進行專題演講,剖析量子電腦的演進及未來;並由旺宏電子總經理盧志遠、清大物理系教授牟中瑜、創投基金 Hardware Club 合夥人楊建銘從產業、學術、投資的觀點,辯論量子電腦在台灣產業可能發生的應用。

量子運算從研究到開始成為前沿趨勢,花了二十年功夫

森本典繁表示,100 年前就有物理學家提出量子理論,直到 20 年前日本科學家才找到以人工合成量子的方式,不過當時量子存在的時間僅十億分之一秒,安定度太低,無法進行相關科學研究,隨後每十年量子的存在時間就增加一千倍,到了 2018 年,人工產生的量子狀態已能維持約萬分之一到千分之一秒的時間,能夠進行的研究更多。他說,「近兩年量子電腦受到高度重視,其實是科學界努力了二十年的結果。」

IBM 是全球最早投入量子電腦研究的單位之一,演變至今,IBM 在 2016 年推出 Q Experience 量子電腦,供全球研究者測試使用,短短兩年用戶人數已破十萬,從南極大陸到印度都有人使用,可見科學界對量子電腦的關注。今(2018)年 IBM 更推出 50 位元的量子電腦,不讓 Google、微軟、Intel 專美於前。

應用量子計算技術限制仍高,保持量子穩定是國際企業研發關鍵

森本典繁指出,傳統電腦是 0 與 1 的位元電晶體組成,但量子電腦的每個 Q 位元(量子位元),可同時存在 0 與 1 的狀態,因此其運算能力較傳統電腦勝出;「但量子電腦並不是處處優於傳統電腦,而是在解決指數級爆發的情況時,特別有用。」舉例來說,要破解一個 800 位元排列組合的數字,目前速度最快的傳統電腦要從中破解數字,須花一萬年,而量子電腦只要一個星期。」

不過量子電腦仍有其瓶頸待克服,例如硬體的門檻就很高,必須降溫至零下 273 度才能保持量子狀態;且位元數還不夠多,目前最先進的量子電腦僅數十個位元;另外,量子位元的安定度也還有待改善。森本典繁認為,在上述瓶頸克服之前,必須盡量啟蒙各界,從硬體、軟體、社群等各方面來建立認知。

量子運算的成熟關鍵,在於綜合跨界人才一起定義問題

「IBM 提出量子社群的概念,這是實現量子電腦應用最重要的一環,因為它牽涉十分廣泛,不能只靠數學或物理學家,而須要各領域專家一起合作。培養『量子原住民』也很關鍵,讓新世代從小就習慣量子理論,才有能力發掘相關應用。」

森本典繁認為,量子電腦最快實現的應用場景有幾個,例如模擬大規模的複雜事件,包括分子裡的穩定軌道、股市風險;以及指數級排列組合的天文數字運算。

在專題演講之後的討論時間,森本典繁與另外三位專家探討台灣產業可能的應用。森本認為,目前人類已發展到 Quantum Ready(即代表大眾已經認知到量子運算帶來的潛力)的階段,未來三、五年內將達 Quantum Advantage,亦即將找到應用的證據。

量子電腦商業化還有數十年

2018 未來科技展量子電腦 panel 邀集產學研界代表討論台灣發展量子運算技術的應用關鍵。

旺宏總經理、中研院士盧志遠說,若以半導體發展史來類比,目前量子電腦相當於 1947 年的傳統電腦,當時貝爾實驗室發明了第一顆電晶體,終於能揚棄使用已久的真空管。而現在量子電腦就是處於剛發現硬體的階段。「1947 年之後,IC 及半導體花了四十年的時間,應用才開始起飛,推測量子電腦也要再花個三十年才能商業化並從中獲利。」

盧志遠指出,三十年前 IBM 為了量子力學就做出低溫電腦,甚至比今天的量子電腦還成熟,但當時也是須要在零下 273 度的環境進行;「如今又捲土重來,雖然進展不大,但時空條件不同,這次的嘗試可能會成功。」盧志遠說,傳統電腦目前面對某些狀況,運算能力已明顯不足,例如 AI 的運算就須要找到新方法,因為有這樣的需求,會促使研發的腳步加快;而放遠全球,台灣因為科技人才多、產業鏈完整,可說是相當有機會的挑戰者之一。

台灣專精量子超導位元的人才十隻手指頭數得出來,要怎麼善用這些力量?

清大物理系教授、國內量子力學權威牟中瑜表示,十年前清大物理系就提出量子超導位元的研發計畫,可惜未獲得國科會的支持,導致多年下來,國內專精量子超導技術者僅不到十人;如今科技部宣佈每年投入七千萬元在相關的研究,進展值得期待。

Hardware Club 合夥人楊建銘指出,台灣小國寡民,但卻有完整的科技供應鏈,再加上全民對新技術的關注,這種對前瞻主題展現的高度興趣,是台灣的資產,值得驕傲。不過若從創投的角度來看,量子電腦距離實際應用且帶來獲利,還須要很多年,因受限於硬體及量子位元穩定度,其 scalability(可擴充性)仍不高。「現在投資量子電腦技術,大多數是為了套利,趁話題延燒趕緊將持股賣給下一個投資人。畢竟量子電腦還沒找到像以往筆電、智慧手機等消費市場的殺手級應用。」

不止電腦,量子應用還可包含通訊、資安領域

對於量子電腦還在「本夢比」階段,森本典繁認為,短期內量子電腦確實不可能放進口袋或汽車中,它的強項是輔助傳統電腦進行複雜運算,因此第一代量子電腦應會是建置在集中式的資料中心或大型伺服器週邊,分擔其工作量,成為一種混生式的電腦架構。

「1945 年 IBM 發明第一部電腦時,創辦人華生曾說:『全世界或許有五個人會買我的電腦』,但看看現在傳統電腦的普及率!」森本典繁認為,目前看待量子電腦,並不適合從消費市場的角度來思考。

牟中瑜也指出,量子電腦的應用,五年之內一定會出現,例如它可協助 AI 深度學習的加速運算。「但它不是處處都優於傳統電腦,而是在特定任務上的功能十分強大。」目前量子理論的應用市場,除了量子電腦外,還有量子通訊、量子量測、量子模擬等,其市場潛力都比量子電腦來得更快。例如量子通訊就能在網路上提供高度安全的保障,主因是量子位元十分脆弱,一旦有外來竊聽訊號的干擾,立刻就會發現。 量子雷達也受到軍方的高度重視,主要是利用量子糾纏的特性,送出兩組光子來偵測隱形戰機。

從應用層面來觀察,量子電腦絕對會成為人類科技研發的重要加速器與工具,可以確定的是,以傳統電腦產業架構來想像量子電腦的世界,很容易似是而非的誤用技術優勢,即使對在量子領域研發已經鑽研數十年的 IBM 而言,量子電腦的市場布局與思考,也絕對不同于上個世紀推出超級電腦的架構。台灣未來要如何加入這股趨勢,是進入資源競賽或是找出本身的研究利基,拓展某方面的專精應用成為政府、產業、學界都應該要一起共同探討的問題。

本文提供合作夥伴轉載。)

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