量子電腦如何才算「有用」？SEMICON 上，各家正在給出不同答案
AI 持續推動半導體需求，但產業也開始尋找下一個關鍵應用。SEMI 全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸在 SEMICON Taiwan 展會期間指出，產業正關注如何在半導體之後找到全新的關鍵應用，量子科技就是推動下一世代發展的焦點之一。
量子電腦正從數百顆 qubit 往千顆、甚至更大規模推進，但硬體規模增加，距離真正解決產業問題還有多遠？現階段量子位元仍容易受到雜訊干擾，要長時間執行複雜運算，業界正朝容錯量子運算（fault-tolerant quantum computing，FTQC）發展，利用多顆實體量子位元與錯誤修正，組成更可靠的邏輯量子位元。但在成熟 FTQC 出現以前，量子電腦能不能先在部分問題發揮價值，又該如何判斷什麼才算「有用」？
這個問題，可以從 SEMICON Taiwan 量子台灣論壇中看到幾種不同答案。Google、IBM、Fujitsu、D-Wave、Pasqal 在第一天上午，分別從演算法、混合運算與不同硬體架構切入，也讓量子運算距離實際應用還有多遠這個問題，浮現出不同答案。
Google：先找到真正值得量子電腦來算的問題
Google 軟體工程經理 Ping Yeh 將量子應用發展拆成數個階段。提出量子演算法後，還要找到真實世界的問題、證明量子方法具有優勢，再進一步找到實際應用，並降低所需量子閘數等運算成本。他坦言，目前多數量子演算法仍停留在較早期階段。
Yeh 進一步用「經典電腦處理難度」與「商業價值」兩個軸來看量子應用。理想情況，是找到經典電腦難以處理、又具有足夠實際價值的問題，但他直言，目前還沒有明確案例落在這個區域。Google 去年發表 Quantum Echoes 演算法，已展示可驗證的量子優勢，並嘗試用於分子相關問題；但被問到接下來還有哪些量子優勢案例時，Yeh 仍表示，這是「非常困難的問題」，並指出需要更廣泛的學術界和演算法設計師來想出能應用於現實世界的演算法。
換句話說，對 Google 而言，下一關除了讓量子硬體繼續進步，還包括找到真正值得交給量子電腦處理，而且結果能被驗證的問題。
D-Wave、Pasqal：特定問題可以先開始用
另一種思路，是在成熟 FTQC 出現以前，先讓量子電腦處理適合自己的問題。D-Wave 長期發展量子退火（quantum annealing），主要用於最佳化問題，今年又加入 gate-model 路線。D-Wave 量子科學家 Jeremy Woo 表示，不同問題適合不同架構，例如量子化學與部分微分方程更需要 gate-model；公司因此希望讓 annealing 與 gate-model 分別處理各自擅長的工作。
中性原子量子電腦業者 Pasqal 的說法更直接。其產品長 Roberto Mauro 指出，業界常把約 2030 年進入 FTQC 當成實用量子運算的重要分界，但 Pasqal 不認為一定要等到那時候。該公司主張，目前的類比量子運算已能先處理材料、化學等特定問題，未來再逐步加入容錯能力；甚至到了 2030 年後，類比與容錯量子運算仍可能各自適合不同工作。
IBM：量子價值可能先出現在混合運算裡
IBM Japan 副總裁暨研發長 Norishige Morimoto 則把量子電腦放進更大的運算架構思考。他認為，未來 CPU、GPU、QPU 與 AI 會共同工作，再依問題特性把工作分配給最合適的處理器；隨著 AI 能力提升，未來甚至可能協助拆解問題並決定工作應該送到哪一類運算資源。
這也代表，量子電腦的價值未必需要等到它能獨立完成整項工作才出現。不過，Morimoto 被問到目前是否已有能直接產生商業價值的實際應用時，也表示「可能還要再等一下」，目前化學結構、化學反應與材料探索等領域較接近實用階段。
Fujitsu：一邊增加 qubit，一邊降低需要的 qubit
Fujitsu 則從硬體與運算架構兩端縮短距離。Fujitsu Research Fellow、量子實驗室負責人 Shintaro Sato 表示，1,024-qubit 超導量子電腦的設施已經完工，目前系統組裝「幾乎完成」，希望今年底前達成。
但 Sato 同時指出，FTQC 的一大問題，是量子錯誤修正需要大量額外 qubit。Fujitsu 因此持續改進 STAR architecture，希望透過量子架構與演算法設計，降低一項實際運算需要的 qubit 與量子閘數。換句話說，一邊把硬體規模做大，也一邊把真正完成問題所需的資源往下降。
從上述說法來看，量子電腦如何才算「有用」，目前還沒有單一答案。有的把重點放在找到真正能展現量子優勢的問題，有的讓特定量子架構提前投入應用，也有業者從混合運算或降低容錯運算門檻著手。量子運算走向實際應用的過程，可能會由不同技術先後在各自適合的問題上找到位置。
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＊首圖來源：《TechOrange》拍攝，圖中人物為 Pasqal 產品長 Roberto Mauro