'Google、Intel、IBM與微軟搶著研發，量子計算機的魅力究竟在哪？'
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
目前量子計算機還在非常初期的研究階段，外界對於量子計算機的終極影響力還不清楚，較為具體的認知是可能對於“製藥動力學”、“機器學習”等領域帶來革命性影響。在眾多領域其中，業界已經公認量子計算機在加解密領域將帶來巨大的影響。
科技部前瞻量子科技研究中心計劃主持人、清華大學物理系教授牟中瑜指出，量子計算機還在研究初期，因此業界都在找尋什麼樣的問題適合適量子計算機？“量子計算機並非無所不能，量子計算機和我們手邊的計算機系統完全不同，要針對“特別的”問題才有優勢。就像我們不會使用超級計算機做極為簡單的加減乘除一樣。”
哪些特別的問題呢？目前已經有量子因式分解算法（Shor’s algorithm）證明，可以運用量子計算機有效地進行大數值的因式分解，與量子搜索算法（Grover’s algorithm）等算法出現，讓量子計算機目前在這兩大應用領域中充滿優勢。
“Shor量子因式分解算法是以量子力學為工作原理，與古典算法的邏輯完全不一樣。”臺大物理系教授管希聖在〈淺談量子信息與量子計算〉一文中寫到，“以因式分解一個300位數的半質數為例，若以古典的算法約需要10的24次方個步驟，以運算速度為10的12次方Hz的計算機計算，若每一步驟需要一個週期，則需要15萬年解決，但若以量子的算法去做因式分解，則不到一秒！⋯⋯而Grover的量子搜索算法之搜索次數則只需要約古典算法搜索次數的平方根。所以同樣一個問題，古典算法需要約數十萬次的搜索次數，而量子算法只需約一千次。”
量子計算機和傳統計算機在組件上有很大差異，首先量子計算機需要微波發射器或電磁脈衝發射器，發射微波或電磁脈衝，再利用超導材料作為線材傳遞信號，並且回收信號進行運算測量。
其次，量子芯片需要放置在接近絕對零度的冷卻器中。第三，現今的傳統計算機芯片需要和內存協作分工才能完成計算任務，但量子計算機的計算流程中，不一定需要內存。
在造價方面，以清大實驗室的2進制量子計算機為例，總經費（不含芯片製造成本）約為3,000萬元，最昂貴的就是大型冷卻器，成本約1,500萬元，佔總費用一半。
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
目前量子計算機還在非常初期的研究階段，外界對於量子計算機的終極影響力還不清楚，較為具體的認知是可能對於“製藥動力學”、“機器學習”等領域帶來革命性影響。在眾多領域其中，業界已經公認量子計算機在加解密領域將帶來巨大的影響。
科技部前瞻量子科技研究中心計劃主持人、清華大學物理系教授牟中瑜指出，量子計算機還在研究初期，因此業界都在找尋什麼樣的問題適合適量子計算機？“量子計算機並非無所不能，量子計算機和我們手邊的計算機系統完全不同，要針對“特別的”問題才有優勢。就像我們不會使用超級計算機做極為簡單的加減乘除一樣。”
哪些特別的問題呢？目前已經有量子因式分解算法（Shor’s algorithm）證明，可以運用量子計算機有效地進行大數值的因式分解，與量子搜索算法（Grover’s algorithm）等算法出現，讓量子計算機目前在這兩大應用領域中充滿優勢。
“Shor量子因式分解算法是以量子力學為工作原理，與古典算法的邏輯完全不一樣。”臺大物理系教授管希聖在〈淺談量子信息與量子計算〉一文中寫到，“以因式分解一個300位數的半質數為例，若以古典的算法約需要10的24次方個步驟，以運算速度為10的12次方Hz的計算機計算，若每一步驟需要一個週期，則需要15萬年解決，但若以量子的算法去做因式分解，則不到一秒！⋯⋯而Grover的量子搜索算法之搜索次數則只需要約古典算法搜索次數的平方根。所以同樣一個問題，古典算法需要約數十萬次的搜索次數，而量子算法只需約一千次。”
量子計算機和傳統計算機在組件上有很大差異，首先量子計算機需要微波發射器或電磁脈衝發射器，發射微波或電磁脈衝，再利用超導材料作為線材傳遞信號，並且回收信號進行運算測量。
其次，量子芯片需要放置在接近絕對零度的冷卻器中。第三，現今的傳統計算機芯片需要和內存協作分工才能完成計算任務，但量子計算機的計算流程中，不一定需要內存。
在造價方面，以清大實驗室的2進制量子計算機為例，總經費（不含芯片製造成本）約為3,000萬元，最昂貴的就是大型冷卻器，成本約1,500萬元，佔總費用一半。
1)_冷卻塔2)_微波發射器與電磁脈衝發射器
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
目前量子計算機還在非常初期的研究階段，外界對於量子計算機的終極影響力還不清楚，較為具體的認知是可能對於“製藥動力學”、“機器學習”等領域帶來革命性影響。在眾多領域其中，業界已經公認量子計算機在加解密領域將帶來巨大的影響。
科技部前瞻量子科技研究中心計劃主持人、清華大學物理系教授牟中瑜指出，量子計算機還在研究初期，因此業界都在找尋什麼樣的問題適合適量子計算機？“量子計算機並非無所不能，量子計算機和我們手邊的計算機系統完全不同，要針對“特別的”問題才有優勢。就像我們不會使用超級計算機做極為簡單的加減乘除一樣。”
哪些特別的問題呢？目前已經有量子因式分解算法（Shor’s algorithm）證明，可以運用量子計算機有效地進行大數值的因式分解，與量子搜索算法（Grover’s algorithm）等算法出現，讓量子計算機目前在這兩大應用領域中充滿優勢。
“Shor量子因式分解算法是以量子力學為工作原理，與古典算法的邏輯完全不一樣。”臺大物理系教授管希聖在〈淺談量子信息與量子計算〉一文中寫到，“以因式分解一個300位數的半質數為例，若以古典的算法約需要10的24次方個步驟，以運算速度為10的12次方Hz的計算機計算，若每一步驟需要一個週期，則需要15萬年解決，但若以量子的算法去做因式分解，則不到一秒！⋯⋯而Grover的量子搜索算法之搜索次數則只需要約古典算法搜索次數的平方根。所以同樣一個問題，古典算法需要約數十萬次的搜索次數，而量子算法只需約一千次。”
量子計算機和傳統計算機在組件上有很大差異，首先量子計算機需要微波發射器或電磁脈衝發射器，發射微波或電磁脈衝，再利用超導材料作為線材傳遞信號，並且回收信號進行運算測量。
其次，量子芯片需要放置在接近絕對零度的冷卻器中。第三，現今的傳統計算機芯片需要和內存協作分工才能完成計算任務，但量子計算機的計算流程中，不一定需要內存。
在造價方面，以清大實驗室的2進制量子計算機為例，總經費（不含芯片製造成本）約為3,000萬元，最昂貴的就是大型冷卻器，成本約1,500萬元，佔總費用一半。
1)_冷卻塔2)_微波發射器與電磁脈衝發射器
3)_2進制電子芯片
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
目前量子計算機還在非常初期的研究階段，外界對於量子計算機的終極影響力還不清楚，較為具體的認知是可能對於“製藥動力學”、“機器學習”等領域帶來革命性影響。在眾多領域其中，業界已經公認量子計算機在加解密領域將帶來巨大的影響。
科技部前瞻量子科技研究中心計劃主持人、清華大學物理系教授牟中瑜指出，量子計算機還在研究初期，因此業界都在找尋什麼樣的問題適合適量子計算機？“量子計算機並非無所不能，量子計算機和我們手邊的計算機系統完全不同，要針對“特別的”問題才有優勢。就像我們不會使用超級計算機做極為簡單的加減乘除一樣。”
哪些特別的問題呢？目前已經有量子因式分解算法（Shor’s algorithm）證明，可以運用量子計算機有效地進行大數值的因式分解，與量子搜索算法（Grover’s algorithm）等算法出現，讓量子計算機目前在這兩大應用領域中充滿優勢。
“Shor量子因式分解算法是以量子力學為工作原理，與古典算法的邏輯完全不一樣。”臺大物理系教授管希聖在〈淺談量子信息與量子計算〉一文中寫到，“以因式分解一個300位數的半質數為例，若以古典的算法約需要10的24次方個步驟，以運算速度為10的12次方Hz的計算機計算，若每一步驟需要一個週期，則需要15萬年解決，但若以量子的算法去做因式分解，則不到一秒！⋯⋯而Grover的量子搜索算法之搜索次數則只需要約古典算法搜索次數的平方根。所以同樣一個問題，古典算法需要約數十萬次的搜索次數，而量子算法只需約一千次。”
量子計算機和傳統計算機在組件上有很大差異，首先量子計算機需要微波發射器或電磁脈衝發射器，發射微波或電磁脈衝，再利用超導材料作為線材傳遞信號，並且回收信號進行運算測量。
其次，量子芯片需要放置在接近絕對零度的冷卻器中。第三，現今的傳統計算機芯片需要和內存協作分工才能完成計算任務，但量子計算機的計算流程中，不一定需要內存。
在造價方面，以清大實驗室的2進制量子計算機為例，總經費（不含芯片製造成本）約為3,000萬元，最昂貴的就是大型冷卻器，成本約1,500萬元，佔總費用一半。
1)_冷卻塔2)_微波發射器與電磁脈衝發射器
3)_2進制電子芯片
4)_超導管線
“我們生活中普遍使用的RSA密碼就是植基於“將很大的數字N作質因素分解是困難的”這件事，但Shor量子算法將質因素分解變得非常容易。因此量子計算機將對RSA加解密系統帶來毀滅性影響。”趨勢科技安全研究群核心技術部資深協理張裕敏指出。
若業界真正製造出量子計算機，並且利用量子驗算法快速破解因式分解，那現今我們用的RSA加密就形成虛設，這也是為什麼軍事國防、金融及安全業，對於Shor量子因式分解算法的威力特別看重。
不過，量子計算機在十年後取代我們的手機的可能性不高。
“量子計算機座落在2.3米高的玻璃框架內，看起來就像是一件藝術品。”媒體讚歎著。2019年CES展中，IBM展示了全球第一臺商用量子計算機IBM Q System One，讓外界對於IBM量子計算機的真實面貌與美麗外型留下深刻印象。IBM還預計在美國紐約開設“量子運算中心”，成為世界上少數幾個擁有運營量子運算技術能力、基礎設施和專業知識的地方。
第一章‧濫觴——摩爾定律的瓶頸
在量子計算機真正大量進入我們的生活前，倒是先進入了電影與小說場景。以《達文西密碼》聞名全球的推理小說家丹布朗（Dan Brown）2017年作品《起源》，就提到科技怪客艾德蒙以量子計算機運算出生命起源；2018年漫威電影《蟻人與黃蜂女》與今年的《復仇者聯盟4》也都以量子領域為重要的故事元素。
不過，以量子特性打造出的計算機，並非僅能出現在科幻電影之中，事實上量子芯片雛形已經出現當地球上了，領航者包括IBM、Google與Intel等科技巨頭，也有D-wave等創業公司。
量子計算機也是歐美政府相當重視的技術。2016年，歐盟發佈了量子宣言（Quantum Manifesto），啟動量子技術旗艦計劃；創業風氣盛行的美國硅谷，量子計算機就是當紅的投資題目，中國則是發射了量子科學實驗用衛星墨子號上太空。臺灣科技部編入每年7,000萬元預算到量子計算機基礎研究，以培養未來的人才。
各國重視的原因，在於這將是量子力學的二次革命，“1957年晶體管的發明（帶動現代半導體產業蓬勃發展），只用到簡單的量子力學，現在的量子計算機，利用量子的糾纏性與疊加性等物理現象，帶動量子力學的第二次革命。”臺大IBM量子計算機中心主任張慶瑞在“科創講堂”演講中指出。
理論上，這個革命可以帶來龐大的運算威力，因為在相同進制數比較之下，量子計算機的運算速度是傳統計算機的2的n次方。也就是說，在短短几秒中，量子計算機就能解開現在超級計算機要花上幾萬年才能解開的問題，快如閃電。
一臺擁有50量子進制的量子計算機，可以超越世界上最強的超級計算機運算力！也就是說，超級計算機得花幾萬年解開的問題量子計算機只要幾秒鐘。
“量子計算機的威力將等同於二戰時的核彈技術。”美國右派智庫言明。雖然，量子計算機還在初步發展，就算是樂觀估計，都還需要5年以上的發展時間，才會大量地展開商業應用，但量子計算機龐大的運算威力可能對國防安全帶來毀滅性的影響，讓各國政府不敢小覷。
到底量子運算是什麼？成大物理系特聘教授張為民在〈量子科技時代的來臨〉一文指出，“在量子科技的世界中，人們完全拋棄傳統信息處理器的概念，即拋棄利用晶體管控制電流開關來實行數字化的手段，而是用量子疊加態處理信息的數字化，並用量子糾纏實現並行計算。”
量子糾纏的特性比光速還要快，還被愛因斯坦形容為“鬼魅似的遠距作用（Spooky action at a distance）”，因而增添不少玄妙色彩。除了國防安全需求，量子計算機的熱潮也與半導體界著名預測：摩爾定律（Moore’s law）的瓶頸有關。
摩爾定律為Intel創辦人之一摩爾（Gordon Moore）在1965年提出，內容為集成電路中的晶體管數目，每隔12個月就會增加1倍；而後摩爾修正了模型，改為單位面積芯片上的晶體管數量每2年就能增加1倍。
若換算為成本，意指即每隔2年，集成電路成本可降低5成。不僅Intel，整個全球半導體業在這50多年來，大致依循摩爾定律增加晶體管的數目。
不過，晶體管未來可能遭遇到物理瓶頸，臺大電機系副教授李峻霣指出，“隨著摩爾定律的進展，晶體管越變越小，其氧化層也會越來越薄……有可能產生閘極漏電流，影響原本的晶體管性能。”此外，業界也擔憂芯片製造成本過於昂貴的問題。
IBM
雖然，摩爾定律僅是一個技術發展預測，不是嚴謹的科學定律，但也讓人不禁想問，摩爾定律過完50歲生日後，還能繼續走多遠？
摩爾定律的極限，讓半導體企業從3D芯片設計、石墨烯等硅材料替代品與硅光子組件等各種方向，找尋計算機芯片的未來，量子計算機也是新方向之一。業界探討，或許量子計算機有可能解決摩爾定律的瓶頸。
“摩爾定律最大的意義是成為全世界半導體公司的監督者。”臺積電創辦人張忠謀指出。臺大電機系副教授李峻霣在〈淺談晶體管〉一文中也贊同，“摩爾定律引領美、日、臺、韓等國這50年來的半導體技術走向，驅使全球半導體工業甚至學術界不斷研究半導體特性、組件物理與製作技術。”
不過張忠謀預測，“摩爾定律在技術上可行，晶體管密度還是會翻倍增加，可以持續到2030年，但業界會在2030年前就會先遭受到“經濟成本”太高的挑戰。”
國際研究暨顧問機構Gartner曾統計，以7納米技術而言，SoC（系統單芯片）的總設計成本將增加至2億美元。
“如果10納米芯片產量低於1,000萬片，分攤到每個芯片成本就高達100美元。以此推測估計七納米以下製程，若良率與產出無法提升，單顆芯片成本將十分高昂。”工研院產科國際所產業分析師劉美君坦言。
至於量子計算機與古典計算機的運算力差異有多大？臺灣大學IBM量子計算機中心主任張慶瑞在一場演講中舉例說明，“如果每次走1米，走30次後可以走多遠？
傳統計算機的走法是1×30，結果是30米；量子計算機則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種“指數增長”便是量子計算機的威力。”
從理論上來看，一臺50個量子進制的量子計算機，就能超越世界上最強的超級計算機運算力！量子計算機可能帶來的極大運算力，已經成為Intel、IBM、Google及微軟（Microsoft）等世界科技巨頭競相研發的領域。
第二章‧科技巨頭競賽——Google取得先機
量子進制數量是這些公司的競逐重點。Google目前研發出72量子進制數芯片Bristlecone（狐尾鬆），成為現今量子進制數最高的紀錄保持人，而Intel與IBM則分別以49個與50個量子進制緊追在後。
在2019的CES大會上，IBM還發布20個進制的量子計算機IBM Q System One，並宣佈將在2019年於紐約開設首個IBM Q量子運算中心。
目前量子計算機還在非常初期的研究階段，外界對於量子計算機的終極影響力還不清楚，較為具體的認知是可能對於“製藥動力學”、“機器學習”等領域帶來革命性影響。在眾多領域其中，業界已經公認量子計算機在加解密領域將帶來巨大的影響。
科技部前瞻量子科技研究中心計劃主持人、清華大學物理系教授牟中瑜指出，量子計算機還在研究初期，因此業界都在找尋什麼樣的問題適合適量子計算機？“量子計算機並非無所不能，量子計算機和我們手邊的計算機系統完全不同，要針對“特別的”問題才有優勢。就像我們不會使用超級計算機做極為簡單的加減乘除一樣。”
哪些特別的問題呢？目前已經有量子因式分解算法（Shor’s algorithm）證明，可以運用量子計算機有效地進行大數值的因式分解，與量子搜索算法（Grover’s algorithm）等算法出現，讓量子計算機目前在這兩大應用領域中充滿優勢。
“Shor量子因式分解算法是以量子力學為工作原理，與古典算法的邏輯完全不一樣。”臺大物理系教授管希聖在〈淺談量子信息與量子計算〉一文中寫到，“以因式分解一個300位數的半質數為例，若以古典的算法約需要10的24次方個步驟，以運算速度為10的12次方Hz的計算機計算，若每一步驟需要一個週期，則需要15萬年解決，但若以量子的算法去做因式分解，則不到一秒！⋯⋯而Grover的量子搜索算法之搜索次數則只需要約古典算法搜索次數的平方根。所以同樣一個問題，古典算法需要約數十萬次的搜索次數，而量子算法只需約一千次。”
量子計算機和傳統計算機在組件上有很大差異，首先量子計算機需要微波發射器或電磁脈衝發射器，發射微波或電磁脈衝，再利用超導材料作為線材傳遞信號，並且回收信號進行運算測量。
其次，量子芯片需要放置在接近絕對零度的冷卻器中。第三，現今的傳統計算機芯片需要和內存協作分工才能完成計算任務，但量子計算機的計算流程中，不一定需要內存。
在造價方面，以清大實驗室的2進制量子計算機為例，總經費（不含芯片製造成本）約為3,000萬元，最昂貴的就是大型冷卻器，成本約1,500萬元，佔總費用一半。
1)_冷卻塔2)_微波發射器與電磁脈衝發射器
3)_2進制電子芯片
4)_超導管線
“我們生活中普遍使用的RSA密碼就是植基於“將很大的數字N作質因素分解是困難的”這件事，但Shor量子算法將質因素分解變得非常容易。因此量子計算機將對RSA加解密系統帶來毀滅性影響。”趨勢科技安全研究群核心技術部資深協理張裕敏指出。
若業界真正製造出量子計算機，並且利用量子驗算法快速破解因式分解，那現今我們用的RSA加密就形成虛設，這也是為什麼軍事國防、金融及安全業，對於Shor量子因式分解算法的威力特別看重。
不過，量子計算機在十年後取代我們的手機的可能性不高。
第三章‧前進未來世界——待突破的2大挑戰
牟中瑜認為，“20年內量子計算機成為個人計算機的可能性極低。量子計算機在初始，會與一般計算機一起以混合運算形式存在，如IBM Q System One就是通過古典計算機控制量子計算機，而且由於量子計算機必須在接近絕對零度（約攝氏-273度）的極度低溫環境中，量子芯片也得在大型的冷卻設備內運行，我們很難隨身攜帶這麼大個冰箱出門，因此量子計算機在初期會以雲計算運算（Cloud Computing）方式提供服務。”
而且量子計算機也未必會在我們的生活中呼風喚雨，因為技術製造還有重重挑戰。牟中瑜就指出，以目前最受歡迎的量子閘派別技術來看，Google雖然指稱已經造出72個量子進制的處理器，但光拼“數量”還不夠，還需要高品質的量子進制，才能提高運算精確度。
因此目前的量子計算機都需要加入“調試”機制，也就是說，一個量子進制，可能需要配上3至4個用來調試的量子進制，才能夠提高量子進制的總體品質。
“也因此理論上1,000個進制的計算機，在實際執行上，可能需要成千上萬個量子進制才能做出精確的運算，以目前的技術來看，20年都不一定做得到。”牟中瑜說。
另外，量子狀態雖然很神奇，但卻有個“玻璃心”，很脆弱。量子狀態存在的時間很短，連一秒鐘都不到，在這個電光火石的短短時間，就要利用這些進制運算完畢，並測量全部的量子進制找出答案，這也是一大技術瓶頸。
由於以上兩大技術困難，現階段來說，很多科技業界大佬對於量子計算機沒有太多期待。超微（AMD）首席執行官暨總裁蘇姿豐接受《數字時代》採訪時就指出，現在還看不出來量子計算機在未來半導體產業中，是扮演重要角色或只是小小的配角，因此對AMD來說，現階段幫摩爾定律“延壽”（舉例來說，利用各種技術延長摩爾定律的時間，如芯片的3D集成技術）更為重要。
全球內存大廠美光也抱持雷同看法。“美光對於重要的新興科技都有投入研究資源，量子計算機也是美光研究領域之一，不過，現在要談論此對半導體界帶來的影響性都還太早。”美光運算與網絡業務部門資深副總裁暨總經理Thomas T.Eby指出。
廣達計算機創辦人林百里也說，“量子計算機是一定會做這件事，但現在講太遠。”他強調，“量子計算機是最高速運算，不容易用在商業上，這種超超高速運算，或許是用在黑洞觀測上，一般商業應用其實用不到。”