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量子晶片掀科技革命 臺灣半導體產業搶佔先機




廣編企劃
2023.07.14
摘要
量子科技世代是否即將來臨？率先掌握關鍵技術者，將在經濟、國防等各面向成為掌舵者。隨著各國投入大量資金，臺灣也不落人後，自去年（2022）宣布成立「量子國家隊」，砸下5年80億台幣預算，發動17個計畫，今年5月更推出首波成果——「量子加密通訊網路」。
研究指出，由於量子力學之「測不準原理」特性，資訊一經加密，即無法以任何形式破解，可永久加密，保障資通訊安全。未來立足於半導體科技基礎，整合電信光纖設備等，將開創出量子應用新藍海，前景可期。
量子電腦威力大 各國爭霸
量子電腦究竟是什麼？簡單來說，相較於目前普遍使用的傳統電腦，量子電腦的獨特疊加、糾纏等量子現象，能以超快運算速度來解決龐大且複雜的問題。例如，大幅縮短新藥、新材料的研發時間，協助提高氣候、能源、金融等風險的預測準確度，並建構如前文所述絕對安全的通訊網絡等等。由於預期效能十分驚人，因此開發量子科技不僅成了國家戰略層級大事，也是各頂尖產業角逐之目標，研究動能及市場皆生氣蓬勃。
今年6月，英特爾（Intel）成功整合半導體，推出最新款12量子位元研究晶片”Tunnel Falls”，提供研究社群使用，讓量子實驗變得更簡單；IBM也宣布一項研究結果，顯示其127量子位元的Eagle量子電腦，克服了原先量子電腦因雜訊過多而影響計算準確度的限制，拓展至實用階段，力拼兩年後打敗傳統超級電腦。而不論是美國波音公司（Boeing），或日本富士通（Fujitsu）、日立（HITACHI）等大廠，皆爭相奔赴，尋求量子電腦如何結合自家應用。
據報導¹，全球投入量子科技的預算高達225億美元（約新臺幣6750億），依法國市場分析公司Yole Développement估計，包含量子計算（quantum computing）、量子通訊（quantum communication），量子感測（quantum sensing）等在內，2020年整體量子科技市場規模約為3億4000萬美元，在2030年將成長至29億美元，年成長率高達24%。
量子科技產能潛力無限，誰能掌握關鍵技術及服務，誰就能開創新世紀。
量子研發傾國之力 發揮臺灣產業優勢
擁有成熟半導體科技產業的臺灣，在這場量子競賽中，如何搶佔先機？首先，必須取得國家政策及資源的積極支持，而行政院科技會報辦公室、中央研究院、經濟部與科技部以國家隊之姿，已全面啟動產官學界，串連起來的速率、效率不容小覷。
其次，臺灣具備的半導體產業技術，早在全球各種產業中扮演重要角色，與國際密不可分，形成「矽盾」（silicon shield）。目前雖尚未掌握關鍵的量子位元技術，但半導體優勢，在競賽中仍具備一定的機會點。在量子國家隊的17項量子研究計畫，包含了通用量子電腦硬體、光量子、量子軟體與應用等領域。
對此，工研院電光系統所組長張育任受訪表示²，一台量子電腦需要的微波訊號、高頻電路等等，都是臺灣半導體產業能做的，只要有硬體需求，就有機會扮演重要角色。日本IBM副總裁、執行董事、技術長兼研發負責人森本典繁（Norishige Morimoto），也提出相似看法³：他認為，量子電腦所需的製程、材料、低溫超導體等技術，以臺灣現有產業技術來看，都可派上用場。同時，未來量子電腦不會單獨存在，而是與古典電腦同步發展，兩者走向混合式的工作型態。此狀態勢必帶動古典電腦的需求，臺灣半導體產業仍可維持全球性優勢。
不過，傳統的半導體發展漸漸接近物理瓶頸，加上世界各國也積極投入該領域發展，若要維持現今半導體產業帶來的各種優勢，必須做出改變。清華大學物理系教授果尚志即提醒¹：「太過均一化的話，競爭性跟生存力就會降低。」他認為，若不與現存產業脫鉤，借力使力，量子科技可以成為開創新產業的好機會。
量子國家隊 佈局臺灣量子科技邁向產業化
離量子科技真正落實，成為優勢科技，或許仍須20年左右的時間，臺灣如何把握契機，發揮實力？科技部政務次長林敏聰認為⁴：量子國家隊對臺灣而言是很好的挑戰與練習機會。他表示，無法複製從前的成功路徑，只能以更集中的資源、更有效率、更有挑戰性的基礎研究，展現對產業、對社會的影響。面對來勢洶洶的挑戰，必須由上而下，及早佈局一條龍的規劃，臺灣量子科技的發展，才能不落人後，與半導體相輔相成，再次創造驚艷國際的產業動能。