專欄／產業革命再掀風雲 歡迎進入量子時代

中原大學量子資訊中心主任暨臺大物理系特聘教授張慶瑞

【口述／中原大學量子資訊中心主任暨臺大物理系特聘教授張慶瑞　整理／陳怡如】

挾帶強大的運算速度和應用潛力，量子電腦逐步走入大衆視野，未來可望掀起新一波的量子科技革命。究竟量子科技有何內涵？臺灣的機會又在哪裡？中原大學量子資訊中心主任暨臺大物理系特聘教授、同時也是鴻海董事的張慶瑞，帶來第一手觀察。

我認爲未來30年的科技的重要改變大概只有量子，不會有其他課題。聯合國正式宣佈2025年是「國際量子科學與技術年」， 爲什麼量子這麼重要？物理系有四大力學，分別是牛頓力學、熱力學、電磁學和量子力學。

牛頓力學出現100年後，發生工業革命，機械力取代人力；接着電磁學出現100年後，發生電磁波革命，今天才能用手機。從前兩次革命知道，知識出現不足以變成產業，要累積大概100年的能量，纔可慢慢形成。如今量子力學剛好出現100年，從現在開始變成產業，是很正常的事。

從歷史來看，每次科技知識變成產業革命後，必然改變世界，同時大國出現。工業革命是英國崛起，無線電革命是德國，原子彈和光電革命都是美國，現在量子革命出現，美中競爭激烈，到底哪一國勝出，有人猜可能鷸蚌相爭，最後是印度。

量子科技三大領域　實現未來元宇宙

量子科技不只有量子電腦，而是包含量子電腦、量子通訊、量子感應器三大領域。我認爲，量子計算像矛，可以攻擊，所以大家比較關注；量子通訊像盾，把你保護起來，像金鐘罩、鐵布衫；量子感應器則像超六感，它把眼耳鼻舌身心意，對宇宙的感應最少提升幾萬倍，未來對世界的掌握更高。

這3個聯合起來就是量子物聯網，加上演算法就是標準的量子AI物聯網，只有在這個條件下，元宇宙纔會實現，因爲連結性更強、邊緣計算更快、傳輸更安全。現在很多元宇宙無法實現，就是因爲目前的古典電腦和古典通訊不足以支持。

從去年11月到現在，美國漲最多的股票就是量子股，漲幅達20倍以上，號稱「量子妖股」，但震動最激烈的也是量子股。黃仁勳今年1月說，有用的量子電腦還要等25年，當天量子股跌了45%，後來祖克伯（Mark Zuckerberg）也支持黃仁勳的說法，繼續跌35%，接着比爾蓋茲（Bill Gates）跳出來反駁他們說還有3年。

有人問我，這些都是大師，到底誰對？我說3個都對。因爲量子革命不是一個點，而是一個過程。5年內是量子突破，在某些地方量子電腦超過古典電腦；10至15年是量子優勢，很多地方量子電腦都超過古典電腦；黃仁勳講的25年是量子生態，就跟現在手機一樣，你已經離不開量子環境。但如果你25年後再來玩，這個天下不是你的，你只是幫人家做工，如果想進入，現在就要進去。

微觀世界顛覆已知經驗　量測是關鍵

量子的問題是，它真的不容易理解，量子是處理微觀世界，和我們熟悉的宏觀世界截然不同。丹麥物理學家波爾（Niels Bohr）說，世界上沒有一個東西存在，除非你量測它，但宏觀世界不是這樣，月亮沒有天天看它，難道不看的時候月亮就不在了嗎？這是愛因斯坦問的一句話，但微觀世界告訴你，你沒看它，就不存在。愛因斯坦不是不瞭解，他是沒辦法接受，因爲他是宏觀經驗的信徒。

但我告訴各位，電子你不看它，真的不在。這其實有邏輯上的必然，因爲電子跟原子的比例，就好像一隻螞蟻跟地球的比例，如果你按照牛頓粒子論的思想，要在地球上找一隻螞蟻，你這輩子什麼事都不用做，就在那邊找螞蟻。

我們爲什麼隨時可以運用電子，因爲我們是找一個量測方式去測量，我們沒有找它，它是一個機率波，無所不在。微觀世界跟宏觀世界最大的分野就在這裡，這個哲學思想是很複雜的，所以波爾說，學量子力學，如果沒有讓你震撼過，就不能說你理解它。用孔子的話來說，就是「困而知之」，在量子力學是真的，因爲全都不是你的生活經驗。

量子和古典世界最大的差別在哪裡？其實量子沒有「子」，翻成量子讓很多人誤解量子是個東西，它其實是一種現象，在微觀世界不管計算任何東西，都有一個最小計量單位，就是量子。

在古典世界，所有東西都是連續變化的，我們用連續變化的物理量創造了工業革命。而量子的概念是，所有東西都是不連續變化的，半導體的能階和雷射正是因爲不連續變化，這就好像你在公共場所突然發現樓梯，有些地方用樓梯就是比用無障礙坡道方便。

量子糾纏特性　指數提升計算能力

量子力學有一個很重要的特性叫「糾纏」，其實中文用糾纏這個翻譯，很容易讓大家誤解糾纏是外來的，因爲你不會自己和自己糾纏。其實在法文和德文中的糾纏是內在的，當兩個東西碰在一起，它就變成一個東西，如果你還是想成兩個東西，在哲學思想上永遠要犯錯。

簡單的講，所有東西一旦糾纏，它就是一個東西，在量子計算稱爲「全體性」（Holism），也就是用它的全體性在操作。把兩個量子位元（Qubit）糾纏在一起，就有2的2次方操作空間；3個Qubit糾纏在一起，則有2的3次方操作空間。

量子糾纏就像計算機界的「聖盃」，因爲糾纏，指數上升計算能力，古典電腦永遠是線性的、只能得到局部最佳解，量子電腦才能得到全域最佳解。

量子計算有算力優勢、儲存優勢、頻寬優勢，最重要的，它還是可逆式計算機。現在古典電腦都是不可逆的，永遠是把前面東西塗抹掉，才能接後面的結果，過程會產生耗能；而量子電腦在運算時，你沒有量測它，它就不耗能，所以這也是綠色產品。

臺灣可趁此轉型　從軟體、平臺切入

在量子革命時代，會出現很多狀況，第一叫掛羊頭賣狗肉，很多名詞前會套上「量子」二字，其實跟量子根本沒有關係，就像原子筆跟原子有什麼關係？什麼名詞紅了，開始就會出現很多形容詞。

第二叫舊瓶裝新酒，早年業者不喜歡用量子，因爲消費者聽不懂量子，就不會買產品。現在量子突然紅起來，大家拼命掛鉤，所以有量子手機、量子電視，其實它用的是量子點，但這些量子點沒有糾纏，就不是二次量子科技革命的產品，這種事未來5年會發生很多。

在量子革命中，臺灣可以扮演什麼角色？臺灣國家量子隊在3年前成立，鎖定通用量子電腦硬體技術、光量子技術和量子軟體技術與應用開發三大方向，目前有進展，可是國際進展更快，因爲臺灣投入的錢和人，相對於國際不夠多。

但不管怎樣，在量子熱潮之下，我認爲即使買保險都要進去。臺灣可趁此機會，從硬體供應商變軟體制造商，或許可學習比爾蓋茲在個人電腦的策略，變成工作軟體入門，像量子電腦開源框架Qiskit，目前全都開放資源。

臺灣的機會就是半導體優勢，量子電腦的某些周邊還是要靠半導體，但不要以爲別人不能超越，亞洲已有部分新興國家積極切入，美中技術戰升級，量子設備和關鍵材料供應鏈正在形成中。現在量子是世界趨勢，臺灣是從頭追起、還是直接採購？

很多人說臺灣有半導體產業，所以不用擔心，這是對還是錯？其實迷思一，就是認爲奈米科技等於量子科技。有一句話叫「修身、齊家、治國、平天下」，修身如同奈米科技，但量子科技最重要的是糾纏，這是「齊家、治國、平天下」，一家不需要4個聖人，而是4人分工要好，每個人做不同的事，才能發揮家庭功能。

迷思二是未來臺灣一定會進入量子科技供應鏈。很多人認爲量子供應鏈一大串，臺灣半導體產業這麼完整，一定有機會，但其實未來臺灣「不一定」會進入量子科技供應鏈，因爲臺灣習慣做量大的市場，國外初期市場不夠大，臺灣不一定能打入。未來大公司一定壟斷量子通用平臺，小公司一定走特殊需求，量子服務（QCaas）業者開始出現。

臺灣也許不用一開始就自己做出量子電腦，但可以成爲亞太QCaas應用實驗場域，聚焦銀行、金融服務和保險（BFSI）及AI領域的應用開發，投入API與SDK等平臺介面工具，串接現有的雲端和硬體優勢，形成量子電腦的應用與支援平臺國家。

2026至2029年將開始推出真正可商用的量子產品，2029年已經不遠了。全世界量子相關的獨角獸和準獨角獸目前已快100家，過去大家談矽谷，現在大家都在搶當「量子谷」。

以前是數位世代，現在則要進入量子世代（Quantum Generation），可以理解的人思考它，不能理解的人，就相信它、學習它、使用它，「The Quantumverse必然到來！」。