October 23, 2025

一、從諾貝爾獎談起：量子為何「從微觀走向工程化」？

2025 年的諾貝爾物理學獎頒給了約翰．克拉克（John Clark）、米歇爾．H．德沃雷（MichelH. Devoret）和約翰．M．馬蒂尼斯（John M. Martinis），以表彰他們在量子力學領域的突破，這些成果也為量子計算的發展奠定了基礎。這個高光時刻再次將量子科學推上熱搜，自然也引出了人們對量子計算的討論。與此同時，在技術端亦傳來重大消息：Google宣布其新的量子演算法「Quantum Echoes」，在其 Willow 量子晶片上運行時，相較於經典超級電腦達成了大約 13,000 倍的速度優勢。當理論高峰與技術里程碑同時出現，我們便該思考：量子計算機與量子力學雖都冠以「量子」二字，但兩者究竟有何關係？在深入量子計算之前，我們首先要簡單說明「量子」是什麼。

量子指的是原子、電子等微小粒子所受控的奇特卻強大的規則——想像電子如「機率雲」般，能同時出現在多個位置，與日常物體大相逕庭。量子計算便利用這些規則來解決經典電腦無法處理的難題。

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二、量子計算簡史：從思想實驗到多路並進

量子計算的發展像是一段橫跨 40 多年的長征：從大膽構想到初步原型，逐步推進。1981 年，物理學家費曼率先提出「用量子系統做模擬」的想法——因為經典電腦模擬量子現象效率太低，不如讓「大自然用自己的規則算題」。1985 年，David Deutsch 提出了量子圖靈機理論框架，證明量子計算在原理上可行且在某些問題上具優勢。

真正震撼業界的里程碑出現在 1994 年：Peter Shor 發表可高效分解大整數的量子演算法，意味未來量子電腦有機會在數學難題上擊敗經典計算（直接衝擊 RSA 等加密體系）。1996 年，Lov Grover 的資料庫搜尋演算法再次展現量子加速的魅力。此後，實驗腳步開始跟上：1990 年代末，實驗室已能實現兩個量子位元的基本運算，證明量子計算不只停留在紙上。

2011 年，加拿大新創 D‑Wave 依據絕熱理論提出量子退火（quantum annealing）機制，推出含 128 個量子位元的機器，號稱全球首款商用量子電腦。2010 年代，科技巨頭與新創競逐：超導量子位元、離子阱等多路線齊發，量子晶片的位元數從十幾個攀升到五十幾個。2019 年，Google 的「Sycamore」（53 量子位元）在 200 秒內完成特定任務，據稱經典超算需數千年——這被稱為達成「量子霸權」，雖然只在特定場景且引發不少討論。

進入 2020 年代，中美等國研發加速：IBM 相繼發布上百位元晶片，中國推出 72 位元的超導量子電腦「本源悟空」（2024 年上線並用於微調億級 AI 模型），顯示硬體穩步進展。儘管目前量子電腦仍原始、易受錯誤影響，但從無到有的歷程相當驚人——昔日的奇想正逐步走向原型，量子計算正加速逼近現實。

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三、原理速讀：三大「超能力」、兩道「硬門檻」

量子位元（qubit）是什麼？

把經典電腦的位元想成一枚硬幣：不是正面（0）就是反面（1）。量子位元像一枚旋轉中的硬幣：在未被量測前，它同時處於 0 與 1 的疊加狀態。這使它能同時代表多種可能，帶來指數級的狀態空間。

量子計算之所以被寄予厚望，關鍵在於三大「超能力」：

疊加態——「分身術」：像魔術師同時出現在多個地方。一個量子位元可同時是 0 也是 1；2 個可同時代表 4 種組合（00、01、10、11）；5 個是 32 種。這像同時平行探索多條路徑，在某些最佳化問題（例如旅行推銷員路徑）上可能遠勝逐一嘗試的經典電腦。
量子糾纏——「心靈感應」：像遠距雙胞胎，一個打噴嚏另一個也會。兩個糾纏的量子位元狀態緊密相關：量測其中一個會立即決定另一個，即使相隔遙遠。這讓系統可表達的資訊量指數成長，幫助模擬複雜分子（如藥物分子），經典電腦往往得耗費天文時間。
量測效應——「薛丁格的貓」：未開箱前，貓既活又死；一旦量測，狀態坍縮為確定值。對量子位元的量測會破壞疊加，因此演算法需在最後一步再量測，且多次重複以取統計平均，確保結果可靠。為了操控量子位元，研究者使用「量子閘」構成量子電路，類似經典電腦的與/或/非邏輯閘。

重要的是：量子計算不是在所有問題都碾壓經典計算。它的價值在於解決經典電腦幾乎無法處理的特定難題，例如整數分解、資料庫搜尋、量子化學模擬等，離全面通用的超高速計算仍有距離。

兩道硬門檻：

量子狀態脆弱。量子位元對環境極度敏感，微小熱擾動與電磁雜訊都會讓疊加與糾纏快速消失（量子退相干）。為降低干擾，常需在接近絕對零度、低振動、低雜訊環境下運作；即使如此，相干時間仍短，可執行的閘操作次數有限。
糾錯與擴展性。量子位元易出錯且不可複製，一般的錯誤校驗難以套用，需要量子糾錯。理論上可用多個物理位元編碼成一個容錯的邏輯位元，但常需成百上千倍的資源。要展現實質優勢，通常需要上百上千個高品質量子位元協同工作，對製程與控制技術要求極高。

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四、從科學研究到商用：量子運算將如何改變我們的生活？

量子電腦究竟能做什麼？這個問題的答案會分階段演進，且將深刻重塑產業結構與日常。

短期應用（噪音中等規模系統）短期（NISQ 噪聲中等規模階段）：
- 量子模擬：直接模擬分子行為，用於新藥研發與材料科學。例如，加速COVID-19疫苗設計，縮短從實驗室到市場的週期，從數年減至數月。
中期應用（中規模容錯系统）：
- 最佳化與機器學習：金融投組優化（同時評估大量市場情境以控風險）；物流供應鏈規劃（有機會降低 10–20% 碳排）。
- 加密轉型：Shor 演算法可破解 RSA，將推動全球改採「後量子加密」，強化網安；短期可能衝擊加密貨幣協定。
- 產業升級：如同蒸汽機引領工業革命，量子計算將自動化複雜決策，推動製造與營運智慧化，帶來可觀產值。
长期應用（大規模容錯系统）：日常生活变革
- 醫療：個人化藥物設計、癌症治療突破；以量子加速基因體分析，延長健康壽命。
- 能源：優化電池材料、加速再生能源轉型，降低對化石燃料依賴。
- 交通：即時最佳化航班與自駕路線，舒緩都會塞車。
- 金融與加密：量子安全區塊鏈與數位貨幣；加速 AI 訓練，支撐智慧城市。
- 社會：如同工業革命從手工到工廠，量子計算將帶領社會跨越計算瓶頸——同時需面對

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五、產業版圖：路線、雲與“賣鏟子的人”

當前產業沿多種硬體路線並進，並透過雲端與供應鏈生態共同成長。

技術路線及領先公司：

超導電路路線（規模領先，操作速度快）：利用超導材料在極低溫下實現量子位元，例如：

離子阱路線（精度最高，相干時間長）：透過電磁場束縛離子，以雷射操控，例如：

光量子路線（室溫運行，傳輸優勢）：以光子為載體，例如：

雲端服務領導者：IBM Quantum（最早開放，10萬+用戶）、Amazon Braket（多路線聚合）、Microsoft Azure Quantum（軟體生態最強）、Google Quantum AI（研究導向）。

除了這些領先硬體公司以外，這些"賣鏟子的供應鏈"也將發揮關鍵作用：

Bluefors ：全球超低溫稀釋冰箱領導者，提供量子實驗所需低溫環境。
Keysight （KEYS US）：精密電子量測與控制設備，確保量子位元穩定運作。

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六、未來機遇

對關注量子計算的投資人而言，這是充滿潛力但週期較長的不確定領域，可從三條主線著手：

首先，觀察硬體路線之爭：超導、離子阱、光量子並行，各有優劣。留意掌握關鍵技術的領先者，例如超導路線的 IBM、Google，離子阱的 IonQ，以及本地/區域具佈局的量子晶片團隊；適度分散，避免單一路線風險。
其次，佈局生態圈與應用層：量子演算法、產業場景解決方案、量子雲接入等「軟硬整合」與「賣水人」型企業，可能在硬體尚未全面成熟前就實現商業價值，並替傳統產業接上量子技術。
第三，追蹤衍生賽道：後量子加密、量子通訊、量子量測等，將因量子計算的崛起而受惠。密切關注行業里程碑（例如可用量子位元數、錯誤率與糾錯能力的躍升），以耐心與紀律因應市場波動，避免被短期題材帶偏。

總之，投資量子運算是一條長線賽道，得有耐心也要有策略定力。關鍵是盯緊產業的里程碑（例如可用量子位元數的提升、量子糾錯能力的突破），在卡位未來的同時保持理性，不要被短期題材帶著走。沿著前述主軸踏實深耕，才能在量子計算這條新賽道勝過大盤，分享未來的顛覆性紅利。

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