1982年諾貝爾物理學獎得主Richard Feynman提出基於量子力學製造計算工具的構想，經過各領域科學家的多年努力終於露出一道曙光，證實這個想法是可行的，而且即將問世並產生價值。

傳統電腦以位元來儲存單位，n個位元共可以表達2n個狀態，但一個時間只能表達一個狀態。量子電腦以量子位元(Qubit)為儲存單位，利用量子疊加的作用，n個量子位元在一個時間同時存在2n個狀態，再加上量子糾纏的特性，量子電腦處理數據的速度就變得更迅速。目前科學家發展出超導量子晶片、半導體量子晶片、量子光電晶片等硬體來製造量子電腦，而興起的量子通訊保證密鑰分配過程的無條件安全性，成為未來安全通訊的趨勢。

量子電腦將為人工智慧、大數據應用、量子模擬、金融計算、科學計算等需要快速處理與即時回應的應用帶來新的機會，將進一步提升各種生活的便利。未來的氣象預報會快速地提供因地因時的各種精確氣象資料，應用於貨物運輸及休閒觀光的交通路線規劃將更即時貼近需求，藥品開發將因藥品模擬速度增快而縮短開發時程，智慧醫療將大步邁向精準醫學，金融預測與服務的品質將獲提升，加速促進虛實數位雙生的實現。預估2023年起出現商業運轉的量子計算服務，量子電腦會先以傳統電腦的計算加速器方式來加入服務，金融計算可能是第一個受惠的應用。

IBM、Intel、Google、微軟等資訊龍頭已進行量子電腦軟硬體的開發，中國的量子電腦發展迅速，與美國的量子霸權競爭是大家矚目的焦點，量子軍事應用將決定霸主地位。目前已發展出許多比傳統電腦更快速的量子演算法，例如在傳統電腦上對n筆資料進行特定資料搜尋所需時間與n成正比，但在量子電腦上運用Grover方法所需時間只與n1/2成正比，速度提升n1/2倍。量子電腦的強大能力用於快速確認駭客入侵，但也帶來相對入侵威脅。例如Shor演算法在破解傳統加解密法(如RSA)就非常迅速，需要部屬後量子加解密系統PQC來因應未來的量子計算時代。

量子電腦這麼行，是否傳統電腦上的難題(如旅行推銷員問題)就能在量子電腦上很容易獲得答案？其實這些問題在量子電腦上還是一樣是難題，但快速的量子計算可以幫忙縮短計算時間。傳統晶片的技術發展會受到更大限制，量子晶片的興起是必然的，科學家將努力不懈，持續推進量子科技創新以創造人類福祉。

文 / 資訊學院  蔡英德院長
圖 / 摘自www.quantamagazine.org
出版 / 2021年12月20日