量子電腦從理論到現實，距離大規模應用還有多遠？
科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳 發表於 2025年1月10日
圖、量子電腦從理論到現實，距離大規模應用還有多遠？
根據CSIRO的量子系統主管兼首席研究科學家Muhammad Usman發表有關量子運算趨勢發展的文章。
隨著全球科技產業的快速發展，量子運算已成為各國政府與企業競相投入的重點領域。聯合國更將2025年訂為「國際量子科學與技術年」，凸顯出量子運算在全球科技發展中的重要地位。在這場量子運算的全球競賽中，各大科技巨頭如IBM、Google、Intel等公司都在積極部署，期待能夠率先打造出全尺度的量子電腦。
目前量子運算的發展已取得重要進展，特別是在量子晶片的研發方面。與傳統電腦使用位元(bit)作為運算單位不同，量子電腦採用量子位元(qubit)進行運算。量子位元的獨特之處在於它能同時處於0、1或兩者的疊加狀態，這種特性使得量子處理器能夠以指數級的速度處理龐大的資料集，遠超過現今最強大的傳統電腦。
在量子位元的實現方面，目前產業界採用了多種不同的技術路線，包括超導裝置、半導體、光子學等方法。各種技術路線都有其優勢與侷限，例如IBM、Google和QuEra等公司都規劃在2030年前大幅提升量子處理器的規模。而Intel以及澳洲的Diraq和SQC等公司則專注於半導體量子位元的開發，PsiQuantum和Xanadu則致力於光子量子電腦的研發。
量子位元的品質比數量更為重要，這是因為由數千個低品質量子位元組成的量子晶片無法執行任何有意義的運算任務。量子位元極易受到外界干擾，這些干擾可能來自製造過程的缺陷、控制訊號的問題、溫度變化，甚至是與環境的互動。這些干擾會降低量子位元的可靠性，也就是所謂的保真度。
為了解決量子位元容易出錯的問題，研究人員開發出理論技術，使用多個不完美的量子位元來編碼一個抽象的「邏輯量子位元」。這種邏輯量子位元具有很高的保真度，能夠抵抗錯誤。2024年，Google、QuEra、IBM和CSIRO等機構在量子錯誤校正方面都取得了重大進展。
目前已有超過100個量子位元的量子晶片問世，全球許多研究人員正在使用這些設備評估當前量子電腦的性能，並探索未來改進的方向。不過，開發者目前只實現了單一邏輯量子位元，要將多個邏輯量子位元組合成一個能夠協調工作並解決複雜現實問題的量子晶片，可能還需要幾年的時間。
量子運算的應用前景極為廣闊，特別是在醫藥研發、人工智慧安全性提升等領域。2024年底，Google的Willow量子晶片首次在特定任務上展示了量子霸權(quantum supremacy)，雖然這個任務是特別設計的，但仍標誌著量子運算發展的重要里程碑。
量子軟體和演算法的發展同樣不容忽視。研究人員正在使用傳統電腦進行量子模擬，開發和測試各種量子演算法，為未來量子硬體的成熟做好準備。這些準備工作將確保一旦量子硬體技術成熟，相關應用就能迅速展開。
隨著量子晶片規模的不斷擴大，下一代量子處理器將以邏輯量子位元為基礎，能夠處理越來越多實用的任務。然而，建造全尺度量子電腦仍需要在多個領域同時取得進展，包括提高量子位元數量、改善保真度、優化錯誤校正等。
2025年，量子運算技術有望在各個方面都取得新的突破。隨著基礎研究的不斷深入，量子運算將為人類社會帶來革命性的影響，推動醫療、材料科學等領域的創新發展，開創全新的科技紀元。(1162字；圖1)
參考資料：
2025 will see huge advances in quantum computing. So what is a quantum chip and how does it work? The Conversation. 2025/01/07.
2025 will see huge advances in quantum computing. So what is a quantum chip and how does it work? CSIRO. 2025/01/07.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
【聲明】
1.科技產業資訊室刊載此文不代表同意其說法或描述，僅為提供更多訊息，也不構成任何投資建議。
2.著作權所有，非經本網站書面授權同意不得將本文以任何形式修改、複製、儲存、傳播或轉載，本中心保留一切法律追訴權利。
|