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微軟大吃一驚 量子電腦為何爆紅?

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微軟大吃一驚 量子電腦為何爆紅?

圖片來源:flickr@Steve Jurvetson

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微軟大吃一驚 量子電腦為何爆紅?

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微軟最新調查顯示,量子電腦突然爆紅,僅次於人工智慧和物聯網。台積電要不要把3奈米製程移到美國,可能也和量子電腦有關。量子電腦是什麼?為什麼有這麼大的吸引力?

去年4月的一場記者會上,加拿大總理杜魯多(Justin Trudeau)應記者要求,以30秒的時間當場說明量子電腦的原理和運作,獲得滿堂彩。

時隔一年,量子電腦已經不再只是拿來考驗政治人物的科學名詞,而是台灣企業主關注的最新科技趨勢。

3月15日,微軟公布最新的《亞洲數位轉型研究調查報告》,發現近1,500位參與企業擬定數位策略的亞洲受訪者中,八成認為企業需要數位轉型來帶動成長。105位來自臺灣百大企業的受訪者中,83%認為數位轉型是當務之急。

其中,當問到接下來12到18個月內,台灣企業領導人願意嘗試哪些科技,來加速數位轉型時,量子電腦排名第三,僅次於人工智慧和物聯網。

什麼是量子電腦?

今年3月,《經濟學人》就以量子電腦為封面,深入剖析這個新技術。量子電腦的影響力,在於它可以超越傳統電腦的速度極限,用更快的方式破解以往的難題。

據顧問公司麥肯錫(McKinsey)估算,2015年全球就有七千人,正在從事量子技術相關研究,預算總額約15億美元。其中,美國就投入3.6億美元,而中國也有2.2億美元預算。

一直以來,電腦運算都是靠著0和1來處理資訊。假設每秒鐘傳送一個數位元(bit),要加強運算能力,就是傳送的數位元要愈多愈好,這時候頻率就要提升。頻率加快,就得靠硬體升級。

過去,英特爾(Intel)共同創辦人摩爾(Gordon Moore)提出的「摩爾定律」認為,積體電路上容納的電晶體,每隔2年會增加一倍。電晶體不斷縮小,效能也跟著提升。

不只是0或1 運算能力加速

只是當電晶體微縮到極限後,頻率還能怎麼加快,就成了一大挑戰。「就像開車,速度再怎麼快,還是趕不上高鐵的速度。要再快,就是從架構開始變,包括元件、材料、製程都息息相關,」工研院IEK主任室計劃副組長楊瑞臨解釋。

量子運算技術,就是翻轉架構的方式之一。量子運算之所以能加快運算速度,靠的是量子的兩大特性:量子疊加(superposition)、量子纏結(entanglement)。

量子疊加不只是以0或1的數位元為單位,而是以量子位元(qubit)為單位,每單位可以0或1、0與1相互疊加,形成四種組合。量子纏結則是指量子位元可以分組聚合,因此量子電腦的運算能力也就大幅提升。

D-Wave系統公司所開發的量子電腦晶片。(圖片來源:維基百科)

楊瑞臨預估,量子電腦技術和架構發展成熟,至少還要十年的時間,其中影響最大的就是半導體產業。

人工智慧透過軟體和程式,顛覆我們的生活。量子電腦則是從硬體層面帶來變革,同樣牽動著我們未來的生活方式。

上太空、報氣象、反恐都派上用場

過去二、三十年來,我們的個人電腦、手機、伺服器,用的都是范紐曼架構(von Neumann architecture)。從滑鼠、鍵盤輸入,經過控制、運算、記憶單元,再透過螢幕輸出,就是這套系統的本質。

但量子電腦的運作,將帶來根本性的轉變,需要電路、電子元件設計、材料、電機、資工等領域重新整合。例如,量子電腦只能在低溫環境運行,且可能不會採用矽材料為基礎,而是改用全新的2D材料。

在美國,量子電腦的應用裡,最明顯的需求就是宇宙探勘、天氣預測和反恐三塊。因為這些領域的資料量愈來愈大,會超過現有資料中心裡高效能運算處理器(GPU)的負荷量。量子電腦正好可以補上中間的不足。

楊瑞臨認為,「未來,量子電腦會像油電混合車一樣,2025年之後,GPU和量子電腦也會混合搭配。可能是十分之一的量,或是最難的運算由量子電腦進行,慢慢分流,再逐漸改變比例。」

開發新軟體 官民攜手合作

量子電腦能乘載比例,創造多少應用商機,是全球企業佈局的新考驗。2013年起,Google和美國太空總署(NASA)就開始測試D-Wave系統公司的量子電腦。IBM也計劃在今年推出50量子位元的量子電腦雲端服務IBM Q,來處理以往難解的複雜運算。英特爾則投資5千萬美元,和荷蘭國家量子技術研究機構QuTech合作。

更大的難題,在於軟體。「如果沒有人知道怎麼為量子電腦寫程式,即便有這樣的技術也沒有太大幫助,」美國白宮科技政策辦公室負責網絡安全的副主任波克(Tim Polk)對《經濟學人》說。

今年,Google就宣布開放新軟體工具Qbsolv,要讓更多人即便不懂量子電腦也能加入,為D-Wave編寫程式。愈來愈多新創公司也開始乘著量子電腦的成長,開創新商機。

新創公司1Qbit,就是專門幫助企業運用既有的量子電腦技術解決問題。1Qbit就和D-Wave系統公司合作,創立集結計量金融產業的「計量量子」論壇(Quantum for Quants)。2015年,1Qbit獲選為世界經濟論壇(WEF)的全球技術先鋒(Technology Pioneer)。

雖然,量子電腦要改變人們日常生活,還有一段很長的路要走。但有更多的研究機構和企業正在默默扎根,要為未來商機搶先佈局。(責任編輯:賴品潔)

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