量子電腦徹底研究》什麼是量子科技?一文看懂核心概念與應用

2025-11-24 08:20
量子電腦的基本單位為量子位元(qubits)。圖為Google量子晶片Willow。(資料照,取自Google官網)
量子電腦的基本單位為量子位元(qubits)。圖為Google量子晶片Willow。(資料照,取自Google官網)

在談量子科技之前,先回到最根本的問題:「量子科技它究竟在解決什麼問題?」如果用一句話概括,量子科技就是把量子力學的規則,轉換成新的資訊處理與量測工具,希望在某些特定問題上,突破傳統技術的「天花板」。而這個範圍不只包括大家最常聽到的量子電腦,還涵蓋量子通訊、量子感測以及為了面對量子時代而重新設計的資安技術。

傳統電腦世界的二位元制,資訊單位是bit,所有內容都是由0或1組成。而量子電腦的基本單位稱為量子位元(qubit),可以同時處在「0與1的疊加狀態」,並且與其他qubit產生「量子糾纏」,使多個qubit的行為緊密相關。安瑞科技董事長黃建喬形容道,qubit的疊加與糾纏,讓量子電腦得以「以傳統電腦無法達成的方式處理資訊」,實現接近指數成長的平行運算能力。

從bit到qubit:運算邏輯的改寫

這樣的量子運算模式,特別適合處理某些結構明確、但維度極高的問題,例如複雜分子的能階計算、供應鏈或金融組合的組合最佳化、以及特定的機器學習演算法。需要注意的是,並非所有運算都會因此加速,但在「適合量子」的問題上,量子演算法理論上可以比傳統演算法快上數個數量級。

量子科技四大領域:不只量子電腦

實務上,「量子科技」大致可以分為四個領域,彼此關聯但應用場景不同:‧量子運算(Quantum Computing)‧量子通訊/量子網路(Quantum Communication / Network)‧量子感測(Quantum Sensing)‧量子安全與後量子密碼(Quantum-safe / Post-quantum Cryptography)

下表整理出量子四大領域的核心概念與典型應用,方便讀者建立初步概念。

20251120-n401_02_量子四大領域
 

量子電腦:不是「更快的伺服器」,而是「不同的計算器」

從使用者的角度來看,量子電腦不會取代日常生活中的筆電或手機。它比較像是放在資料中心或研究機構裡的「特殊算力設備」,只在特定情境下被使用。

現階段的量子電腦,多半透過雲端平台提供服務,企業與研究者寫好量子程式碼後,透過API把計算任務送到遠端量子處理器,然後再把輸出結果交給傳統伺服器分析。國泰期貨指出,量子計算雲平台未來很可能以「混合接取模式」為主流:平台商既有自研量子處理器,也接入其他供應商硬體,使用者透過同一平台即可呼叫不同架構的量子資源。

輝達(NVIDIA)則從另一個角度切入。在介紹NVQLink技術時,黃仁勳談到:「在不久後的將來,每部輝達GPU科學超級電腦都將採用混合式架構,與量子處理器緊密結合,以拓展運算的可能性。」他把NVQLink形容為連接量子與經典超級電腦的「羅塞塔石碑」,象徵未來的高階算力會是「GPU+量子」的整合系統,而不是兩條平行宇宙。

20250521-輝達創辦人暨執行長黃仁勳(見圖)21日出席於台北文華東方酒店舉辦的全球媒體問答。(劉偉宏攝)
輝達創辦人暨執行長黃仁勳把NVQLink形容為連接量子與經典超級電腦的「羅塞塔石碑」,象徵未來的高階算力會是「GPU+量子」的整合系統,而不是兩條平行宇宙。(資料照,劉偉宏攝)

這樣的混合模式也說明,量子科技的落地不會是某一天突然出現一台「萬能量子電腦」,而是漸進式地嵌入既有的雲端與超級運算環境,成為其中一種專用加速器。 (相關報導: 美國爸爸真夠力?興達電廠爆炸後 美商統包團隊照樣拿下大林燃氣更新計畫 更多文章

量子科技為何會與資安、加密特別相關?

量子科技對資訊安全最直接的衝擊,來自量子演算法對現行加密系統的理論威力。安瑞科技舉了兩個經典例子:一是Shor演算法,能在足夠大型的量子電腦上,在數小時內破解2048位元RSA加密;二是Grover演算法,能顯著縮短暴力破解對稱式加密所需時間。專家預測「5到10年內,量子電腦將能破解現今大多數加密系統」,這也是後量子密碼學(PQC)受到各國政府與金融機構高度關注的主因。

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