2021年10月11日 聯合報 科技．人文聯合講座

量子電腦是計算武林的未來盟主嗎？

趙坤茂

十月一日，IonQ在紐約證交所以SPAC（特殊目的收購公司）模式上市，成為首家公開發行的量子電腦公司。IonQ上市後第一周市值蒸發了約20%，顯示市場對量子電腦的願景仍舊存疑。無論如何，IonQ的成功上市，已豎立了量子計算領域在商業上的里程碑。

傳統電腦的基本單位是位元，儲存著0或1，而量子電腦的基本單位是量子位元，以疊加態並存0和1，且同群的量子位元間，可在任意距離相互糾纏，使得量子位元的威力可隨著位元數增加而呈現指數成長，具備同步平行處理資料的潛能。

自七○年代起，科學界已醞釀利用量子特性加速運算的想法。四十年前，費曼認為傳統電腦無法模擬複雜的量子現象，提議建造量子電腦，以量子本身的潛質來模擬，開啟了量子計算領域的拓荒熱潮。量子電腦的研發，無論是硬體實現或理論推導都極具挑戰性，故目前量子計算解法多數仍停留在紙上談兵階段，必須等到未來通用性的量子電腦問世後才能派上用場。

十年前推出的D-Wave One是最早期的商用量子電腦，但它的計算速度仍可被傳統電腦所抗衡。兩年前，Google設計的Sycamore，以53個量子位元對應了2的53次方（約一萬兆）維度的量子狀態，可在兩百秒完成某特定任務，而該任務若用彼時最快的超級電腦，必須一萬年才能達成，此乃人類首次見證量子霸權（quantum supremacy）的實現。IBM反駁說超級電腦其實可在兩天半就做到，即使如此也和量子電腦差了千倍以上。另一方面，研發量子電腦「九章」的中國科大團隊近年屢創新猷，美中兩大強權互別苗頭，競爭相當激烈。

量子電腦的穩定與保真都困難重重，除了絕對零度與室溫間的巨大溫差外，還有就是誤差的控制。十月初，《自然》期刊線上出版了IonQ團隊在容錯方面的研發成果，它可修正量子位元的錯誤，代價是額外使用一些量子位元來偵測。雖然作法與傳統電腦截然不同，但有些概念是相通的，例如若要修正一步的錯誤，則任兩串合格編碼間的距離至少為三步，當走錯一步時，就能以離它最近的唯一合格編碼修正之。

量子電腦將來會全方位取代傳統電腦嗎？個人認為不會。這景象不會如同汽車那樣全面淘汰馬車，比較像是飛機問世後，雖然成為遠途旅行的最佳選項，但汽車還是照跑，貨輪依舊航行。如今，量子計算的萊特兄弟試飛剛剛完成，在特定的應用面上，展翅高飛的日子已指年可待。

【2021/10/11 聯合報】