走進位於南港的中研院物理研究所大門，穿過長長走廊，轉幾個彎後，所內深處有個不怎麼起眼的研究室。門一打開，首先映入眼簾的是一片白板，上面密密麻麻寫著恍如天書般的數學程式；再往後一看，一個猶如華麗燈具般的物體就懸掛在天花板上，上面掛滿細線、長型柱體與金屬層板，令人印象深刻。
量子晶片 產製全包辦
其實，這個奇特的物體，正是台灣第一台超導量子電腦。
很多人都會好奇，量子電腦與一般的電腦有何不同？「量子電腦厲害之處是具有龐大的運算潛力！」中原大學量子資訊中心主任張瑞慶曾對媒體如此表示，並以捕魚為例，指出傳統與超級電腦大概就是拿著標槍捕魚；至於量子電腦，則像是用漁網捕魚，漁網還會隨著位元數而變大，運算速度更驚人。
像是交通部中央氣象署在今年2月剛啟用的第6代氣象超級電腦，約相當於7萬多台電腦主機，算力可達10PFLOPS（每秒執行10千兆次浮點運算），是第5代氣象超級電腦算力的近7倍。「但量子電腦的算力更高，一個特殊複雜難題，全球最好的超級電腦要用3、4天才能解開，但Google 54位元量子電腦僅花3小時就解決。」中研院物理研究所助研究員柯忠廷一語點出量子電腦之所以備受期待的關鍵。
而在中研院內的量子電腦，華麗的設備之中，幾乎所有東西，都是由台灣自行研發。尤其是隱身在最下層的一個被鐵盒包裹住的金屬片，就是核心中的核心—量子晶片。「（這顆）量子晶片是從設計、開發、製造到最後封裝都是中研院一手包辦。」身為開發者之一的中研院應用科學研究中心量子電腦專題中心執行長陳啟東自豪地對本刊說。
低溫運作 製程需優化
柯忠廷指出，中研院的量子晶片約莫十釐米，不到一個指甲大小，重點是這顆晶片全用超導體系統打造而成，以金屬為主材料，是一個與半導體完全不同的全新製程設計。因為是超導體，所以需在絕對低溫（接近零下273度Ｃ）以下才能運作。「超導量子電腦就像是在冰箱裡運算，量子晶片內的位元數是冰箱食材，冰越多東西就需要搭配因應的冰箱系統設計。」柯忠廷強調。
事實上，這種低溫設計方式，也反映到量子晶片的設計挑戰上。柯忠廷表示，「量子晶片的運作對環境非常的敏感，表面一些殘留的髒汙、電磁波訊號、磁場干擾，甚至是地磁影響，都會影響到晶片在低溫操作的問題，故須確保晶片本身的乾淨度，在製程上進行優化，才能更好地表現出應有的能力。」
針對超導量子電腦運作，陳啟東補充說道，不僅須搭配冷卻系統，最外層還要包裹著像是鋼鐵人般的金屬罩，由特殊金屬作為材料製造而成，用以隔絕磁場干擾。
大咖卡位 AI成幫手
回顧全球量子電腦發展，由IBM搶先領跑，在2019年搶先推出全球第一台商用量子電腦IBM Q System One；同年，Google也推出量子電腦Sycamore急起直追，並且在今年宣布將耗資500億美元，發起為期3年的XPRIZE量子應用全球競賽，找尋量子電腦未來發展與應用機會。
科技大咖紛紛卡位，希望早日讓量子電腦商用化，而已成AI產業領頭羊的NVIDIA，也不敢輕忽此一戰場，日前推出量子運算平台CUDA-Q，並攜手日商Fujitsu（富士通）在日本產業技術綜合研究所（AIST）量子人工智慧技術全球商業研究開發中心（G-QuAT），建造ABCI超級運算中心ABCI-Q，預計於明年初上線，希望能夠讓AI跨越新的一步。
原來，AI與量子電腦已經相互成為幫手。因為隨著量子位元數增加，傳統以手動程式編寫已無法因應需求，必須靠AI來協助編寫。同樣，以現有電腦來進行AI運算也會走到極限；屆時，就要靠量子電腦幫忙。「就如同父母親養小孩，小孩長大後奉養父母的概念一樣。」陳啟東生動地譬喻。
至於台灣在全球量子電腦的地位，陳啟東不諱言，「目前身處中段或中下段，前有對手後有追兵，如果再不加緊向前跑就來不及了！」而這次中研院推出的量子電腦僅有5位元，與科技大咖比較起來雖不是最好，但陳啟東認為，這已可作為供應鏈測試的基礎，不少國內的軟體、模擬器、量測儀器設備等業者都前來測試，可望為資通訊、晶片與半導體業帶來新商機。
「未來量子電腦會銜接到高速運算電腦（HPC）一些原本做伺服器的代工廠，例如電子五哥，都有機會搶進量子電腦市場，而中研院正與這些業者討論可行性發展。」陳啟東透露。
「像是鴻海就非常積極！」陳啟東提出他的觀察，量子電腦目前還處於起步階段，台灣目前兵分二路，一為中研院的超導量子電腦，二則是鴻海主推的離子阱量子電腦。
3D封裝 是台廠強項
除了電子五哥有機會卡位，其實台灣在全球半導體地位舉足輕重，是否能對發展量子電腦與晶片有所助益呢？柯忠廷認為，雖然採用超導體技術的量子晶片與目前半導體關聯性不高，但仍可借鏡半導體製程中，對良率與潔淨度把關的祕方。事實上，在後段封測上，兩者略有相似之處，像是麻省理工學院（MIT）、日本理化學研究所都已開始思考，超導量子晶片是否可用3D封裝來讓晶片訊號延遲更短，並且提升單一晶片的量子位元密度。而毫無疑問，3D封裝技術絕對是台灣半導體強項。
一位量子電腦領域專家也表示，此次中研院推出量子電腦只是開始，台灣目前和Google、IBM、Intel等的實力差距非常大，需要產官學一起努力，縮小差距。未來，量子電腦若成功，將有機會解決傳統及超級電腦無法解決的問題，可望為生技醫療、自駕車、金融投資、人工智慧等需要計算龐大資訊量的行業的發展，帶來革命性改變。
