蟻人與黃蜂女—談「量子電腦」 | 國家實驗研究院

它們各自具備不同的優缺點，以半導體自旋量子而言，它與傳統的IC製程相容，容易在尺寸上進行微縮，但其熱穩定性較低。

離子井則具備相對的溫度穩定性，能在室溫下操作，但 ... 科普講堂 首頁 媒體中心科普講堂蟻人與黃蜂女—談「量子電腦」 回上一頁 友善列印 字級： 小字級 中字級 大字級 分享： 分享到我的Facebook 分享到我的Twitter 蟻人與黃蜂女—談「量子電腦」 最近上映的美國超級英雄電影「蟻人與黃蜂女」(Ant-ManandtheWasp)，片中提到很多量子現象，像是幽靈(Ghost)具有「量子穿隧」(Tunneling)的能力，以及蟻人與黃蜂女之間的思緒形成了「量子糾纏」(Entanglement)現象；這些在奈米(10-9m)尺度下顯示出來的量子現象，能夠被用來製作運算能力強大的量子電腦。

就讓國家實驗研究院的奈米元件實驗室來和大家介紹：量子電腦和一般電腦的差異性、運作原理，以及未來可能會如何發展。

量子電腦的應用現今家用電腦的處理速度已經相當快了，不管是存取檔案，還是資料處理，都已經不像十幾年前那樣，還需要經過長時間的等待。

那是否仍存在一些傳統電腦難以解決的問題，會需要透過量子電腦呢?舉一個實際而簡單的例子：假設今天要預估去19個國家旅遊的最短路徑，透過傳統1GHz的電腦需要循序去計算不同的排列組合(算式是19!=19x18x17…x3x2x1)，那將花上數年的時間才能夠完成整個計算。

但若使用量子電腦，由於運算方式的不同(√n!)，將可以在一分鐘內就能快速獲得解答。

又如電腦解密、化學和製藥、分子的研究模擬等，也都能夠透過量子電腦加速完成，因此顯示了量子電腦對未來科技的重要性。

電腦位元比較位元是組成電腦最重要的基本單位，量子電腦位元與傳統電腦位元的差異在於，傳統電腦以0或1來計算或儲存。

量子電腦則以二個不同的狀態(2levelsystem)形成基本位元，例如電子自旋向上(spinup)與自旋向下(spindown)。

有別於傳統電腦的是，一個量子位元不再以0或1來進行處理或計算，它可以是0或1的疊加態(superposition)，同時可能是0，也可能是1，並給予兩種狀態不同的機率，疊加形成(如上圖)。

除了具備「疊加態」的特性外，量子位元還具備了如電影中的「量子糾纏」特性。

以電子的自旋為例，電子的狀態可以是自旋向上或自旋向下。

當兩個電子產生糾纏時，假設量測其中一個位元為自旋向上，則另一個位元則定為自旋向下；反之亦然。

當我們把糾纏的兩個粒子分送兩地A與B，我們在A地量測到的特性，能夠讓我們即刻知道B地的粒子具備的特性。

糾纏的特性不僅可以讓更多的量子位元之間產生連結，並已應用於通訊科技。

目前實現量子位元的方式有半導體自旋量子(semiconductorquantumdot)、離子阱(Iontrap)、超導迴路(superconductorloop)、鑽石空位(diamond)和拓樸量子(Topologyinsulator)。

它們各自具備不同的優缺點，以半導體自旋量子而言，它與傳統的IC製程相容，容易在尺寸上進行微縮，但其熱穩定性較低。

離子井則具備相對的溫度穩定性，能在室溫下操作，但操作速度相對較慢。

超導迴路則具備製程簡易與低成本特性，但需操作在極低溫下(mK)。

鑽石空位具備良好的溫度穩定性，但卻不易產生糾纏。

拓樸絕緣體理論上具備相當好的穩定性，不易受外界干擾，但尚未被實現。

量子電腦的展望目前Google已製作了72個量子位元，部分應用已超越目前的超級電腦。

未來量子電腦技術將愈來愈成熟，從研究層面進而應用於人工智慧、化學、通訊與醫學等實務層面，帶領人類科技更上一層樓。

因此，投入量子電腦的研究，將是刻不容緩的課題。

隱私保護及網站安全政策 Copyright©2022財團法人國家實驗研究院版權所有 關鍵字 首頁 關於國研院任務願景 組織架構 首長介紹董事長 院長 副院長 大事紀要 交通資訊 國研榮耀 研究發展地球環境太空科技 地震工程 海洋探索 資通訊科技半導體產業 儀器科技 高速網路與計算 生醫科技 科技政策 支援政策任務 技術合作技術服務手冊 合作聯繫 技術授權 專利讓與 僑台商專區 科技影響力社會參與 人才培育 媒體中心科普講堂 新聞訊息 活動公告 出版刊物 影音多媒體 電子賀卡 資訊公開 人才招募 LanguageEnglish