中美貿易戰,從進出口已經打到5G規格之爭,現在中美兩強的世界科技霸權之爭,下一波焦點是什麼?

美國白宮官員欽點的,就叫「量子電腦」。

「它將會是國安議題。」擔任白宮貿易顧問的那法若(Peter Navarro),在接受電視節目專訪時點名,認為量子運算將是與人工智慧、機器人並列的三大科技戰場。他表示,各國爭相投入不只是為了保護經濟利益,更因為這些科技,在未來將有等同於軍事實力意涵的深遠影響。

量子電腦是什麼?它與傳統電腦又有什麼不同?為何會有這麼大的影響力?

量子電腦的概念,來自1982年物理學家理察‧費曼(Richard Feynman)將量子體系用於運算的想法。簡言之,量子電腦的運算速度可以超越現在生活中,你我使用的傳統電腦,以更快的速度解決生活中的各項難題。

一般電腦(包括桌機、筆電、平板、智慧型手機)都採用二進位制的計算單位「位元(bit)」,意思是0與1的二分法,一次只會出現0或是1單一種狀態,也就是「yes/no」形式;量子電腦則採用「量子位元(qubit)」,這種計算方式有「疊加(superposition)」特性,可以同時出現0與1,產生00、01、10、11的疊加狀態,也就是「yes/no/both」形式。

《華爾街日報》報導曾比喻,傳統位元是靜止的硬幣,一次只能出現正面或反面,量子位元就像旋轉中的硬幣,正反兩面都可以同時出現;或者也可以將傳統電腦想像成單一種樂器,量子電腦就像是眾多樂器組成的交響樂團,能夠一次同時演奏不同的段落。

目前為止,全球各國在量子電腦的專利數排名,前二強就是美國與中國,今年來,美國科技巨頭更在量子電腦領域出現新發展,他們都在競逐「量子霸權」的地位。

「量子霸權」一詞,是由加州理工學院物理學家約翰‧普列斯基在2012年提出,其指的是當量子電腦發展到50量子位元(qubit)時,運算能力將會超越世界上所有電腦,具有解決傳統電腦所解決不了問題的能力。

例如,若以區塊鏈來分散加密的虛擬貨幣為例,加密層級最高的私鑰來說,現在的電腦要解開其密碼要花超過一千億年的時間,但在量子電腦的協助下,100量子位元的量子電腦只要不到三小時就能破解,這就是白宮官員口中的國安新威脅。

美國的谷歌、IBM、英特爾與中國阿里巴巴…等科技巨頭,都投入鉅資在研發量子電腦。

目前最新突破來自IBM,該公司在1998年就開發出第一個量子位元,2016年就開發出具有 5 量子位元(qubit)的量子電腦,一年多後,IBM就宣布研發出全世界第一台50量子位元(qubit)的量子電腦,並在2018年的消費電子展(CES)上正式亮相。

IBM日本研究副總裁森本典繁接受《商周》專訪時指出,透過量子運算,舉凡包括金融風險預估、化學分子模擬實驗、人工智慧中的深層學習都將會是可受惠的領域。

在描繪量子電腦的前景時,森本典繁在紙上畫了兩個重疊的圈,分別代表傳統與量子電腦的能力範圍,其中重疊的部分象徵目前已知、也是量子電腦處理速度會更快、更有效率的領域,包含AI、大數據運算等。

不過,真正讓他著迷的,是在另一端、傳統電腦做不到、但量子電腦有機會實現的「未知」區塊。

「我們可以(透過量子電腦)打開未知的世界。」森本典繁解釋,目前人只能透過傳統電腦「0101」的編碼方式去理解世界,但藉由量子電腦,我們有機會完整模擬自然界的真實運作方式。

他舉例,像是植物行光合作用自行製造養分,由於其內部化學反應與分子結構過於複雜,至今人類仍無法完全模擬整個過程。但,透過量子電腦,未來便有機會揭開背後運作機制的神奇面紗。而這樣的突破與發現,未來或許會具有應用在農業、糧食危機議題等領域的無窮潛力。

也就是說,量子電腦將為人類打開全新的一扇門,讓人們跳脫既有「0101」的思考框架,成為探索新世界的鑰匙。「光這一點,就很值得。」森本典繁說。

IBM Q Network計畫中,所展示的量子電腦。
IBM Q Network計畫中,所展示的量子電腦。 (來源.IBM Research)