運用量子疊加原理，運算速度達傳統電腦數億倍的量子電腦，近年 Google、Intel、IBM 等科技巨頭正在積極研發，帶領量子電腦進入商業化。根據外媒 TechCrunch 報導 ，IBM 近期推出了 53 量子位元（qubit）的量子電腦，是 IBM 目前算力最強的量子電腦。
加州理工學院教授 John Preskill 在 2012 年提出「量子霸權」的概念，預言超過 50 量子位元的量子電腦，處理特定問題的性能能夠超過任何的傳統電腦。現在 IBM 推出 53 量子位元的量子電腦，突破了 50 量子位元的預言門檻，量子霸權的時代來臨了嗎？
IBM 發布 53 量子位元的量子電腦，能取得量子霸權嗎？
早在 1998 年，IBM 與 MIT（麻省理工學院）就一起研發了 2 個量子位元的運算系統。到了今（2019）年，IBM 展示全球首款專門為學界和企業界設計的量子計算整合系統，稱為 IBM Q System One；雖然有教授認為，它還不是一台實用的量子電腦，但可以做為量子電腦商業化的模板。
在 2017 年底，IBM 解構了 Preskill 提出的量子霸權概念。IBM Q 戰略副總裁 Bob Sutor 表示，重點不是量子位元的數量，而是量子位元的品質，因此他們提出「量子體積」的的概念，作為量子電腦的性能衡量指標。但目前研究證明，即使在特定的問題上，50 量子位元的量子電腦也無法完全超越傳統電腦，因此 IBM 新提出的 53 量子位元量子電腦還無法實現量子霸權。
雖然如此，IBM 還是與許多學術機構、商業客戶建立夥伴關係，部分合作對象開始導入量子電腦來處理問題。IBM 在今年 1 月推出《量子計算，即將到來》的報告，表示量子計算已接近商業化的階段，有很大的潛力改變世界。但如果量子電腦要大規模商業化，它要突破哪些限制？
量子電腦的軟體限制：與傳統電腦的相容性問題
根據中國媒體 DeepTech 深科技的 分析 ，從軟體層面來看的話，量子電腦會面臨與傳統電腦的「相容性」問題。傳統電腦是用 0 和 1 組成的位元（bit）運算，量子電腦是用 0 和 1 的量子疊加所組成的量子位元（qubit）來運算，因此兩者之間是無法相通的，量子電腦的運算必須要經過轉換，才能夠在傳統電腦的系統中應用。
然而，當今電腦以傳統電腦為主，若要大規模導入量子電腦，勢必面臨相容性的問題，必須要置入量子電腦與傳統電腦的轉換系統，進行位元與量子位元的轉換。因此，目前量子電腦主要應用在實驗室等特殊場域。
除了相容性的問題之外，量子電腦也需要有專門的量子演算法。目前比較知名的是 Grover 量子演算法，但在某些條件下效率較低，仍需要改進。
量子電腦的硬體瓶頸：龐大的體積、逼近絕對零度的環境要求
從硬體層面來看的話，量子電腦最苛刻的要求是，它必須在絕對低溫的環境下進行量子運算。目前量子電腦要求的運作溫度是 20mK，非常接近絕對零度，如果溫度超過，或是溫度波動過大，都會導致運算錯誤率增加。除了溫度之外，震動也會影響量子電腦的運算準確度。
此外，為了因應低溫要求，量子電腦要搭配冷卻設備，就必須考慮體積的問題。以 IBM 在 CES 展出的 IBM Q 核心部件來看，它的寬和高都是 2.74 公尺，相當於一個廁所的尺寸，但如果加上冷卻、控制等設備， IBM Q 可能會塞滿半個實驗室或整個辦公室。因此量子電腦若要商業化，一定要考量體積問題。
最後，就是成本的問題了。目前量子電腦的單位算力成本仍遠高於傳統電腦，因此在經濟效益上，量子電腦仍比不上傳統電腦。
如同「萊特兄弟的第一次飛行」，量子電腦的運轉將顛覆世界
在量子電腦產業中，目前只有少數新創有足夠的資金。目前資金最多的是 D-Wave System（2.1 億美元，約新台幣 65 億元），其次是 1.19 億美元的 Rigetti Computing， 6600 萬美元的 Silicon Quantum Computing，以及 5000 萬美元的 Cambridge Quantum Computing。
但 Google、Microsoft、Intel、IBM 等科技巨頭也投入量子運算的研究，除了 IBM 推出 53 量子位元的量子電腦，根據 MIT Technology Review 的 報導 ，Google 近日也發表一篇論文，表示實驗的量子處理器能夠用 3 分 20 秒的時間，完成超級電腦 1 萬年的運算，聲稱達到了「量子霸權」。雖然該論文已遭移除，但也顯示企業界發展量子電腦的野心，期望搶占新興科技的一席之地，取得話語權與客戶訂單。
目前量子電腦還沒有出現爆炸式的應用，但它已漸漸滲透學術、產業等領域，政府也開始正視量子電腦的發展。例如今年的 9 月 10 日，IBM 就位德國工廠裝設 20 量子位元的量子電腦，德國政府也預計在未來兩年內，斥資約 200 億新台幣的資金採購量子電腦。
隨著開發者的加入與業界的採用，量子電腦應用終將爆發，革新醫療、金融、資安等領域。D-Wave Systems 的 CEO Vern Brownell 表示，人類正處於量子運算時代的「黎明」；MIT 的教授 Will Oliver 則用「萊特兄弟的第一次飛行」比喻當今的量子電腦發展狀態。在未來，量子電腦將革新人類的科研、製造、商業與生活樣態，如同百年前的飛機，顛覆了人類的交通、物流模式，為世界帶來翻天覆地的改變。
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參考資料來源：
1.《IBM Newsroom》：〈IBM Opens Quantum Computation Center in New York; Brings World’s Largest Fleet of Quantum Computing Systems Online, Unveils New 53-Qubit Quantum System for Broad Use〉
2.《TechCrunch》：〈IBM will soon launch a 53-qubit quantum computer〉
3.《MIT Technology Review》：〈Google researchers have reportedly achieved “quantum supremacy”〉
4.《DeepTech 深科技》：〈 量子算力争霸再迎赛点：瞄准新纪录，IBM 称全球首台 53 位量子计算机商用就绪 〉
（本文提供合作夥伴轉載。首圖來源：Flickr CC Licensed）
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