量子運算—企業數位轉型關鍵

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林明宜、國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心發表於 2020年9月7日

圖、量子運算—企業數位轉型關鍵

量子運算將是未來數位轉型的要角之一，其強項和未來性在於能夠解決目前最強大的超級電腦無法完成的難題，因此多國政府包括美國、歐盟、中國、加拿大、澳洲、新加坡等，都紛紛提出大型國家級量子計劃，積極促進量子技術發展；雖然目前技術僅達數十個量子位元，而專家推估約需數百到數千個可靠的量子位元，量子電腦才能在解決問題的速度上真正超越傳統的超級電腦，達到實際的量子實用性(quantum practicality)。許多企業和諮詢機構已積極進行早期布局，市調公司IDC即預測，在2023年之前，會有超過1/4的財富全球五百大企業藉由量子運算取得競爭優勢，而調研機構Boston Consulting Group更進一步估計，到了2050年，量子應用市場份額將高達2,600億美金。

量子電腦和運算領域雖仍處於早期商業發展階段，然而其吸金能力驚人，其中量子運算相關新創公司中，前五大募資新創為PsiQuantum、D-wave Systems、Rigetti Computing、IonQ、Xanadu，共募資約6億3千萬美金，約占募資市場60%。而IBM等大企業則宣稱自2013年起已投資超過380億美金在包括量子電腦和人工智慧等新興數位科技，其他競爭者如Microsoft, Google, Fujitsu等也投資了相近的金額來建立自有的量子技術和平台。目前服務提供方式多為雲端量子運算服務，通常具有數十個量子位元，可個別控制的量子位元，具可操作的同相性時間，已達初步商業應用測試潛能，目前平台服務多使用混合式演算法，結合量子和傳統演算法，來解決最佳化問題。現有提供商業化雲端量子運算平台公司包括：IBM Q、Microsoft Azure Quantum、Amazon AWS Braket、Google TensorFlow Quantum、Baidu Paddle Quantum、Fujitsu、D-Wave、Rigetti Computing、Honeywell等。其中Honeywell使用的是不同於IBM和Google的離子阱科技，其量子運算能力約為64個量子體積(quantum volume)，號稱目前最快速的量子電腦，收費約為一小時一萬美金。

早期採用量子運算的產業包括製藥、能源、金融、貨運、製造和材料等，主要應用在近期為提供最佳化解，如交通規劃設計飛機起降城市交通、金融市場分析，提供投資組合和壓力測試、電網最佳化等；中長期則為加速藥物研發速度、DNA序列分析、分子或材料設計、氣候預測、量子網路安全等；其中較接近市場應用的產品，都是結合量子和傳統電腦運算的混合式系統。多數專家認為，目前主要研發困難在於硬體的效能與穩定性，進而影響軟體和應用的發展進程，其中技術難關包含除錯不易(隨著量子位元增加將越困難)、量子生命周期(維持穩定量子態時間)過短、難以進行準確的量子位元控制、容易受環境雜訊干擾、需要占據大量物理性資源(如空間、冷卻)等。包括Google在內等企業和學研專家大都認為，真正較具容錯性、實際可商業化的量子電腦出現約還需要十年左右的時間。

為使量子運算更容易被實際應用，除了克服目前硬體系統擴充性和穩定性外，如何開發不同硬體的量子電腦都能夠通用的語言，培養更多熟悉量子運算的人才，也是重要的未來挑戰，目前多數的新興技術和人才仍出自學術研究機構，然而越來越多的研究人員選擇加入業界研發或自行開設新創公司，一些新創公司也開始嘗試將傳統電腦應用程式自動化轉換至量子運算演算法，在可預見的未來，量子運算將快速翻轉企業數位化和競爭態勢。

（作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員）

（本文刊登於經濟日報2020/09/06）

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