量子電腦與一般電腦差異曝 超級電腦算萬年!量子電腦只要200秒

▲為了維持超導體的低溫,量子電腦下方會裝設稀釋冷凍器。圖為IBM量子電腦實驗室。(圖/flickr@IBM Research)
記者徐銘穗/綜合報導-2024-01-30 13:13:45
量子科技被視為能改變世界的技術之一,更是全球科技產業熱門議題,包含美國Google、IBM等大廠都已投入布局。中國更是舉全國之力投入,量子電腦專利占全球52.3%最強。量子電腦是什麼?和一般電腦有何差異?《NOWnews今日新聞》整理量子電腦重點,帶讀者一文掌握。

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📌超導量子電腦是什麼?和一般電腦差在哪?

據科技部《科技大觀園》報導,臺灣大學 IBM 量子電腦中心主任張慶瑞受訪指出,傳統電腦和超導量子電腦是兩種截然不同的資料處理形式。

傳統電腦以位元(bit)的形式處理資料,每一個位元會在兩種狀態中切換, 這兩種狀態被標為 0 和 1;量子電腦則用量子位元(qubit)來做, 它可以 0、1 的線性組合的疊加態。 

量子位元在疊加態(superposition)時,張慶瑞表示,假如把位元的位置以球體標示,南、北極位置分別代表0和1,傳統電腦的位元只能在兩極之間切換,但若是量子位元疊加時,它能在二維球面上任何位置,不限於南北極。

目前世界上量子電腦商業運轉的進程是 IBM 量子電腦 53 位元,去年(2018)Google 發表 72 位元的量子處理器,但並未提供大眾使用。張慶瑞表示,量子電腦至少要 500 位元以上才能逐漸顯現威力,並進入量子優勢的階段。

▲IBM 在CES 2019 展覽中,秀出發展更完善的量子電腦 – Q System One。(圖/NOWnews資料照)
📌量子電腦有哪幾種運算方式?有什麼條件嗎?

不論是電子、離子或光子,只要能夠達到上述的疊加和糾纏狀態,都可以被稱為量子位元,因此目前常見的量子運算方式共有量子點(quantum dots)、離子陷阱(trapped ions)、超導迴路(superconducting loops)、鑽石空缺(diamond vacancies)和拓撲量子位元(topological qubit)5種方式。

主流的「超導迴路」與前景看好的「量子點」都需要在接近絕對零度(-273.15°C,熱力學的最低溫度)的環境運行,讓每個原子的平均動能維持在極低的狀況,避免破壞其他量子態,但也因為它的運行環境與日常生活差異巨大,材料特性會完全不同,必須重新進行開發。

此外,量子的不確定與不穩定性,讓它很難觀測,即使以前述的低溫來避免互相干擾,仍會出現一定的錯誤率。但若該量子電腦的運算力超過50量子位元的話,以現行的電腦技術無法得知錯誤,因此必須仰賴量子電腦重複運算來檢查計算結果。

▲為了維持超導體的低溫,量子電腦下方會裝設稀釋冷凍器。(圖/flickr@IBM Research)
📌超導量子電腦有多強?能運用在哪些領域?

2019年IBM推出世界上第一台20量子位元的商業化量子電腦「IBM Q System One」,其後IBM也陸續在德國、日本安裝量子電腦。

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2019年Google在期刊《Nature》上發表論文,指出他們開發的53量子位元量子電腦Sycamore(梧桐樹),只需要200秒就能夠完成世界上最好的超級電腦要運行1萬年才能完成的運算任務。

現階段的量子電腦發展重點並非取代位元電腦,而是利用其驚人的運算速度,處理超級電腦無法解決的難題,例如提升機器學習,應用在發現疾病、化學、製藥、金融、交通或天氣觀測等領域。

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