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全面取代傳統電腦,人類該害怕量子電腦嗎?
數位時代高敬原
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除了人工智慧(AI),具有高速運算優勢的量子電腦(quantum computer)也是未來值得關注的明日之星,IBM、Intel、Google、微軟等科技大廠紛紛投入研發資源,爭奪量子霸權。不過看似方便的新科技,卻也有潛在危險性。

「俄羅斯、中國,以及所有電腦科學的強國,很快都會加入國家層級的AI競賽,這很可能會引發第三次世界大戰。」特斯拉創辦人伊隆.馬斯克(Elon Musk),曾經這麼提醒世人人工智慧(AI)潛在的危險性。

 

AI無疑是重要的科技趨勢,當全球都在設想AI將對社會帶來的衝擊時,可以快速分析、整合龐大數據,進一步影響AI學習能力的量子電腦(quantum computer),雖然離商業化仍有一段距離,卻是你我從現在就該開始關注的焦點。

量子電腦並非科幻小說的情節,跟一般電腦相比,量子電腦擁有極快的運算速度,傳統電腦用簡單的0與1位元(bit)來儲存資訊,而量子電腦可以將0或1、0與1相互疊加,處理更多、更複雜的資訊。

一台量子電腦,可以在短時間內完成一般電腦需要花上數十年才能解決的問題。
IBM

簡單來說,可以把傳統電腦想像成單一種樂器,量子電腦就像是眾多樂器組成的交響樂團,能夠一次同時演奏不同的段落,也就是說一台量子電腦,可以在短時間內完成一般電腦需要花上數十年才能解決的問題,因此被稱為「下個世代運算工具」。

高速運算優勢,卻也可能引發國安危機

量子電腦的高速運算優勢,可以讓大量數據在極短時間運算完成,可以對未來社會、生活帶來許多好處。

例如,量子電腦可以打造精準的氣候模型,幫助人類立即分析所有氣象資料,細部分析氣候影響區域與時間,讓天氣預報更精準;量子電腦還能幫汽車規劃最佳行徑路線、避開塞車路段,商業化應用後將能協助物流業做更加完整的物流運送規劃;就研發而言,藥廠可以讓量子電腦分析各種成分的交互作用、嘗試各種成分組合,除了能讓新藥研發過程加速,更能大幅縮短新藥上市時間以及降低研發成本。

不過,看似方便的新科技,也可能如同打開潘朵拉的盒子一樣危險,工研院產經中心經理林澤民就以虛擬貨幣的公鑰與私鑰舉例, 傳統電腦要解開私鑰約需耗費1,092億年,但在量子電腦的幫助下,100量子位元的量子電腦只需要三個小時就能破解,對資安甚至國安都是一大威脅 。因此目前美國、日本為了因應量子電腦時代,都開始投入新密碼架構的研發。

但就目前所知,還沒有任何國家政府為量子電腦未來做好準備,例如將電腦升級、使用RSA加密演算法等。不過各家科技大廠早已投入資源搶先布局。

科技廠投入研發,爭奪「量子霸權」

近幾年IBM、Google、微軟(Microsoft)、Intel等各家科技大廠都紛紛投入量子電腦大戰。Intel、IBM都在今年的國際消費電子展CES上,展示最新的量子電腦晶片,而微軟更是從12年前開始投入量子運算研究,在去年12月推出一款協助開發者開發量子電腦的軟體的程式語言「Q#」,微軟量子電腦團隊負責人霍姆達爾(Todd Holmdahl)表示,量子電腦預計五年內進入商業市場,若達成此目標將會是科學的一大進展。

當量子電腦發展到50量子位元(qubit)時,運算能力將會超越世界上所有電腦,就稱為「量子霸權(quantum supremacy)」。
Intel

各家大廠磨刀霍霍投入大量資源做研發,為的就是達到「量子霸權(quantum supremacy)」的目標。

「量子霸權」是2012年,由加州理工學院物理學家焦恩·普瑞斯基爾(John Preskil)所提出的概念,意思是當量子電腦發展到50量子位元(qubit)時,運算能力將會超越世界上所有電腦,具有解決傳統電腦所解決不了問題的能力。

IBM

去年11月,IBM宣布研發出界第一台50量子位元(qubit)的量子電腦,在CES 2018中正式亮相。

1998年IBM就開發出第一個量子位元,在公開展示50量子位元電腦內部結構時,IBM研究主席Jeffery Welse表示,目前所遇到最大的挑戰是溫度,因為量子位元可能因為噪音等干擾導致數據流失,為了將干擾降到最低,必須將處理器放置在比太空還冷上250倍的低溫環境中。

Jeffery Welser談到,IBM有信心在來十年內打造出一台具備50到100位元的量子電腦,「只需要幾分鐘的時間,就能得到傳統電腦花費五天運算才能得到的結果。」雖然目前IBM量子電腦的應用大多仍處於科學研究階段,但50量子位元(qubit)的出現,也激起不少人對於量子運算的期待與想像。

Intel

Intel同樣在CES 2018上展示了49量子位元(qubit)的測試晶片,Intel實驗室負責人Michael Mayberry博士談到,將量子電腦商業化是各家公司的最終目標,不過他預估仍需要5到7年的時間才能實現。

Intel 展示從7、17到49 量子位元(qubit)的晶片。
Intel

因為量子電腦要能夠商業化,必須要達到100萬量子位元以上才合格,以目前49量子位元的成果來看,在工程規模化上還有很長一段路要走。

Google

Google在去年年底訂出時間表,目標在近期將公開展示49量子位元(qubit)的量子電腦產品,讓大家一窺量子電腦解決難題的過程,朝「量子霸權」目標邁進。

雖然各家大廠努力投入研發,但目前所有人都面臨「量子位元」、「溫度」兩大影響商業化的難題。如同IBM研究主席Jeffery Welse所說,量子位元十分脆弱,必須在約零下273度的環境運作,而要打造這樣的環境目前技術上相當困難;而目前49、50量子位元遠遠不及商業化100萬量子位元的標準,因此預估還要5到7年才能夠實現此目標。

資料來源:VentureBeatWshingtonPostFT

 

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