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2017年11月，IBM宣布研發出50量子位元的原型機，並在隔年於CES展上，正式對外展示。（截取中國社交媒體平台）
台灣是少數能發展量子電腦國家
歐祥義／核稿編輯
〔財經頻道／綜合報導〕量子電腦具有超越目前超級電腦的運算潛力，台灣在2024年發表自研自製的「5位元超導量子電腦」，以8吋晶圓機台製作高品質超導量子位元，也揭牌國內首座量子晶片製程研發平台與量子計算測試平台。
量子電腦（Quantum Computer）是一種運算方式和原理完全不同於傳統電腦的新型計算機。它利用量子力學的特性來處理資訊，理論上能在某些特定類型的問題上遠遠超越傳統電腦的效能。
專家指出，未來量子電腦將與半導體製程深度融合，成為新一代「量子系統晶片」的核心。這標誌著，台灣正式踏入量子計算硬體研發行列，以產業機會來說，其具備半導體製程能力，未來可望成為量子晶片代工基地。
據了解，所謂「5位元超導量子電腦」（5 Qubits），是指一個量子位元（Qubit）可以同時處於0、1的疊加狀態，運算能力隨位元數指數成長。5 Qubits理論上可同時表示32種狀態，雖不足以解決商業級問題，但已足以驗證量子邏輯、糾錯技術與演算法。
舉例來說，以走迷宮為例，傳統電腦必須一條一條路逐條走完，才能確定哪一條路可以抵達出口，但量子電腦可同時走多條路，一次就能找到出口。
資料顯示，台灣的5Qubits屬於入門等級，全球領先者已進入中大型規模，包括IBM：127、433 量子位元，並在2024年推出1121Qubits「Condor」晶片；Google：Sycamore 53 量子位元。中國中科院：光量子系統號稱千位元干涉計算，但非通用型。至於加拿大量子計算公司D-Wave Quantum專攻量子退火，擁有超過5000個量子位元，在優化問題上展示了量子優勢，目前成為量子股中的領頭羊。
除了台灣，目前全球有10多個國家在發展量子電腦，包含美國、中國、德國、日本、加拿大、澳洲、以色列、荷蘭等。領先者為美國（IBM、Google、IonQ、Rigetti），屬於硬、軟體、生態系全面領先。至於中國的中科院、百度、阿里在量子通訊領先，超導與光量子技術快速追趕。歐洲地區以荷蘭QuTech、德國 Fraunhofer，以量子網路和冷原子技術具優勢。
台灣清華大學物理系教授褚志崧，2024年發表以單光子（single photon）製造出目前全球最小型的量子電腦，可在室溫運作，極大降低了能耗與對極低溫條件依賴的限制。
分析師指出，未來的量子電腦，很可能長得像晶片工業的延伸版，只是它的核心運算單元，不再是傳統的CMOS晶體管，而是能同時處於多種狀態的量子位元。在半導體產業支撐下，量子電腦的未來不只是實驗室裡的冷凍金屬與複雜光路，會走向像晶片一樣可量產、可封裝、可大規模部署的成熟系統。
台灣憑藉晶圓製造、封裝測試、電子零件供應的完整優勢，有潛力成為全球量子電腦時代的關鍵製造與系統整合樞紐。
中研院自研自製5位元超導量子電腦的模型。（截取自中研院官網）
量子位元運作脆弱 具系統性挑戰
很多人以為，量子電腦厲害的地方在於「位元」數量，一顆位元就能同時代表0和1，那多做幾顆，是不是就能直接加強運算能力？聽起來合乎邏輯，但實際上完全不是這麼回事。據報導，中研院陳啟東教授指出，量子電腦的困難，不是在於多做幾顆 qubit，而是「系統性的挑戰」。他解釋，跟傳統電腦可以把位元像堆積木一樣大量堆疊不同，其運作非常脆弱、要求極高。
舉例來說，中研院目前做出5顆位元的系統，但要讓它們穩定運作，背後每一顆位元都需要配備獨立的微波控制線路、訊號讀取系統和低溫設備，工程成本極高。更麻煩的是，位元還不是各做各的，它們必須「糾纏」在一起才能發揮量子計算的威力，但一旦你讓它們彼此關聯，系統的複雜度就會瞬間爆炸，這就是科學家常說的「退相干（decoherence）」問題。
簡單來說，當系統內位元數量增加，整體狀態空間會以指數級爆炸成長，從幾顆位元的「幾十種可能」，瞬間變成「百萬種可能」以上的計算組合。這些組合彼此高度敏感，只要一點點雜訊，就可能導致整體計算錯誤。
值得注意的是，位元所處的量子態對外界的熱、磁場與震動極為敏感，只要一點干擾，就可能讓原本的疊加或糾纏狀態瞬間崩潰，變成無法再進行量子運算的「古典狀態」。這個問題，是量子電腦邁向實用化的第一道關卡。
專家指出，這些還只是物理層面的問題，從工程角度來看，控制位元需要用到很多龐大的設備。
以目前中研院的系統為例，5 顆位元就需要5套獨立的控制電路，包含微波產生器、低溫放大器、數位轉類比器、濾波器等，每一條線都還會帶來微量熱源，這對需要維持在 0.01K 超低溫的環境是一大挑戰。
陳啟東教授指出，現在控制2顆位元，差不多就需要一整個控制櫃，5顆差不多是實驗室能容納的極限。他補充，IBM、Google不是靠拼設備來擴展位元，而是投注大量資源在控制系統的微型化、模組化與錯誤修正，目標是打造真正「可擴充」的架構。
福斯集團在葡萄牙里斯本推出世界上第一個利用量子電腦（quantum computers）進行交通優化的試運行專案。（擷取自網路）
一樣都叫量子 「通用與退火」有差別
量子電腦主要可以分為兩大類，量子退火（quantum annealing）與通用型量子電腦，這兩者之間主要差別在於「
」的有無。前者不具邏輯閘，只用來解決特定的問題；後者則更接近於我們目前使用的古典電腦，可藉由各種邏輯閘的操作，來達到通用計算的目的。
據報導，量子退火系統主要用於解決最佳化問題，其概念類似於要在一片凹凸起伏的地形中尋找最低點。目前被稱作量子退火的系統中，其實還可以分為兩類，一種是用古典電腦去模擬量子退火效應，這被稱為「受量子技術啟發」的退火系統。
舉例來說，富士通（Fujitsu） 富士通與日本岩槻郵局合作，利用數位退火技術來解決郵務車輛的路線規劃問題。據報導，經過數個月的嘗試，該技術將岩槻地區的運送車輛數量從52輛減少到48輛，整體成本降低了約7%，並且計算時間大幅縮短至1秒，
另一種則是直接建造量子位元，進行量子退火的運算，最著名的公司為加拿大的D-Wave，目前擁有5760顆量子位元的量子電腦，已和多家公司合作，嘗試應用在藥物開發、金融服務等領域。目前已有商業化案例，例如豐田、福斯集團利用D-Wave優化交通流量。
分析師指出，量子退火系統的發展、落地較為迅速，但是由於不具有邏輯閘，因此只能用在解決特定問題，若要達到通用計算的目標，則需要依靠通用量子電腦。
未來量子電腦將與半導體製程深度融合，將成為新一代「量子系統晶片」的核心。（截取中國社交媒體平台）
半導體優勢切入 台灣打造量子晶片的「代工廠」
主流量子電腦技術，如超導量子位元（IBM、Google、台灣中研院）與矽自旋量子點（英特爾），其晶片結構與製作工藝大量借用半導體製程技術。目前台灣量子電腦核心仍在實驗室，但憑藉台灣在半導體產業的優勢，未來有潛力切入多個關鍵環節。
專家指出，從製程到系統，半導體是量子硬體的基礎，以台灣的半導體技術和產業優勢，未來可參與的幾個領域，包括量子晶片製造、低溫電子元件、量測與控制以及光學模組。
據了解，目前量子晶片部分元件使用半導體製程技術。其中，超導量子位元（superconducting qubits） 像IBM、Google使用的Josephson junction（約100奈米尺度），製作方式與半導體製程（光刻、薄膜製程、金屬接面）類似。
而矽自旋量子點（silicon spin qubits） 像英特爾的技術平台，完全建構在CMOS製程上，甚至可以在現有300mm 晶圓線上製造，這是目前最接近「與傳統晶片共用製程」的量子架構。
據報導，英特爾於2023年推出的12個量子位元晶片，其良率達到95%，且電壓均勻性也與CMOS邏輯製程相當，但這是目前唯一公開用CMOS製程製作 位元的大廠，也仍在早期開發階段。但這意味著，在現有晶圓廠中實現大規模製造是可行的。
中研院指出，台灣在半導體晶片製程獨步全球，但半導體晶片與量子晶片的製程及需求有顯著差異，突破製程穩定度與均勻性的技術關卡為當前量子電腦面臨的關鍵挑戰。因此，台灣在以傳統4吋機台上成功驗證尖端超導量子位元製程，並達到國際水準以外，更進一步建置全新8吋晶圓製程研發與量子計算設施平台，達成國內量子晶片研發的重要里程碑。
分析師指出，量子晶片製造需要極高精度與一致性，這正是晶圓代工強項，其精密金屬圖案、低缺陷率、材料純度控制，都是台積電、三星、格羅方德等領先廠商的核心能力。未來這些先進晶圓廠，可能不只生產CPU、GPU，也可能會承接全球量子晶片的製造訂單。
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