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財經

立基台灣半導體優勢 量子國家隊帶動產業投入研發跟上全球腳步

立基台灣半導體優勢 量子國家隊帶動產業投入研發跟上全球腳步
廣編企劃
2023.07.21
摘要

2022年跨部會成立的量子國家隊,相較於各國的國家級量子科技計畫雖然起步略晚,但是國家隊聚焦三大領域,並善用半導體產業鏈多年累積下的優勢,期望能帶動產業共同投入量子科技研發,在未來革命性的科技發展上保有競爭力。

量子電腦是改變未來世界發展的重要科技之一,全球各國政府與IT大廠莫不傾盡資源投入此項技術並期望保有領先優勢。台灣中研院等研究機構過去也投入量子科技研究多年,去(2022)年終於由行政院科技會報整合科技部(現為國科會)、經濟部、中研院成立量子國家隊,聚焦通用量子電腦硬體技術、光量子技術、量子軟體技術與應用開發等三大領域17項研究專案,期望以有限預算發揮最大效益,能帶動產業發展並建立量子科技產業鏈。

聚焦三大領域 善用半導體產業優勢

根據外媒1報導,自2009年以來,全世界超過20國政府已展開國家級量子科技研究計畫,並投入超過300億美元預算,其中以中、日、印、加、美等國為首,英、德、法、荷、西緊接在後。而這些國家也有相當活躍的產業,與政府一起共同投入量子研究,包括美國約350家企業,英、德約100家,加、法約80家,中、日約35家左右。相形之下,台灣的量子國家隊起步不算早,五年(2022年~2026年)編列約2.6億美元的預算也不算多,也因此,此次跨部會的「量子科技專案計畫」將善用台灣半導體產業鏈的優勢,切入未來量子科技產業需要的關鍵領域技術,以期在全球市場佔有一席之地。

善用半導體優勢 提升硬體核心關鍵技術

在通用量子電腦硬體技術方面,國家隊將聚焦量子材料、量子位元、低溫電子電路系統等核心技術。以量子位元來說,目前「超導迴路」技術是國際間研發主流,中研院物理研究所陳啟東研究員研究團隊是台灣此領域研究主力,將計畫建立可擴充的超導量子電腦並精進關鍵製程。而國家實驗研究院台灣半導體研究中心則是以半導體產業擅長的技術,選擇投入「矽量子點」的量子位元開發。上述技術都能開發量子位元,不同技術各有優缺點,但共同之處是需要在低溫環境下才能開發或有較好效能,尤其超導迴路更需極低溫(約數mK)環境,對此,則有台大電子工程研究所李峻霣教授研究團隊,專注於利用低溫影像感測(CMOS)元件控制及讀取量子位元課題。而中研院原子與分子科學研究所陳應誠研究團隊則是以另一種技術——中性原子來開發量子位元。

光量子通訊 訊息傳播更隱密

在量子通訊網路、光量子晶片等領域方面,總計有4項計畫入選國家隊。光量子是目前最可能在室溫下運作的量子計算技術,中央大學光電科學與工程系陳彥宏教授研究團隊聚焦在光量子位元晶片開發,該晶片所產生的量子對不只可用於光量子計算也可用於量子通訊及感測等領域。未來透過光量子晶片結合量子密鑰分發(QKD)技術及光纖網路就能打造安全傳輸的量子通訊。

而清華大學光電工程研究所李明昌教授研究團隊將進一步透過光量子晶片、高速低雜訊零差檢測電路、可程式化邏輯閘陣列來開發量子隨機亂數產生器,量子密鑰分發、數位簽章、量子通訊等應用都極為需要此量子隨機亂數。

軟體技術齊推動 實現量子電腦應用

在量子電腦軟體方面,國家隊則將建立共同研發平臺以開發量子演算法、量子程式設計以及量子密碼與量子通訊協定等技術。同時也包括未來量子電腦裡必有的量子糾錯設計,以及在金融、製藥、材料開發等領域方面的量子計算應用開發,中研院資訊科學研究所在相關領域投入已久。此外,各種不同技術的量子電腦背後都需要控制系統,而控制系統需要靠各類量子編譯器將量子程式編譯到邏輯閘層級,清大物理系陳柏中教授研究團隊亦投入相關領域研發,他們提出發展量子虛擬機,結合量子及古典運算的架構,是一個整合量子軟體堆疊與嘈雜中型量子處理器的重要中介角色。

培育未來研究人才 累積研發能量

台灣在量子電腦軟硬體方面都具備一定研究基礎與優勢,但各國在量子電腦研發方面的投入也將是場持久耐力賽,國家隊的使命不僅希望帶動產業投入,攜手產學研合作,發揮台灣產業優勢。同時,更致力推廣科學教育,著重中、高等科學知識傳播,成立量子熊平台激發讀者的科學興趣,期許培育更多科學領域的專業人才,讓台灣在科學抑或是量子電腦領域發光發熱。

量子發展在臺灣 feat.國科會自然處 羅夢凡處長|量子熊 ✕ 商周

※ 「量子熊X商周」影片看更多:https://pse.is/4xcsnd

※ 參考資料:

1. Which Countries Have the Most Quantum Computing Companies

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