(Daily Issue)量子技術成熟近在眼前 專利布局誰先卡位

2022/12/01

圖文引用自:digitimes

美國汽車工程師協會(SAE International)依據汽車自動駕駛能力的成熟度,列出6個等級。同樣的,對未來具大影響力的量子電腦依成熟度也有4個等級,到目前為止,雖然還沒有任何一家公司或政府研究單位能達到第四級,然而從科技發展的進展來看一定會達到,只是時間早晚的問題。諾貝爾物理獎2022年頒給量子物理的研究者之後,更加證明量子計算是無法阻擋的趨勢。

量子科技已是後摩爾定律世代最關鍵的領域之一。近期歐洲提出「量子旗艦計畫」,會有7個國家共同合作打造Rydberg量子處理器。另外由QuTech主導成立的量子網路聯盟(Quantum Internet Alliance;QIA)亦提出7年的研發計畫,要建置歐洲量子網路原型和生態系。2022年11月歐洲量子軟體研究院(EuropeanQuantum Software Institute;EQSI)已宣布將致力和產業界、硬體廠商合作,投入量子軟體和演算法創新。

世界經濟論壇(World Economic Forum) 2022年9月曾發布「量子運算現狀:建構量子經濟」的洞察報告。以政府對量子運算科技的投入為例,中國大陸的規模是全球最大,高達153億美元,是整個歐盟72億美元的2倍以上,更遠遠超過美國的19億美元和日本的18億美元。

而從量子專利布局來看,美國在量子計算方面具有領先優勢,中國則以量子通訊最為突出,法國則在軍事與國防相關的量子感測方面著力最深。台灣的量子科技主要還在學術研究階段,論文數量在穩定成長中,但申請專利和量子新創公司的數量則未有進展。

台灣量子技術發展進度

量子電腦的量子效應可以探索以前無法研究的領域或無法計算的問題。目前國際上把量子電腦成熟度分成4級:Level 1是先做出量子位元;Level 2是要能控制量子位元;Level 3是可以在計算中除錯,或做到可容許錯誤的計算,亦即雜訊中等規模量子電腦(NISQ)。Level 4則需具備Level 1到Level 3的長同調性、高控制精度、高保真度(Fidelity),還要能具有擴展性。

目前台灣中研院物理研究所陳啟東等人做的超導量子位元(Superconducting Qubit)、鴻海研究院林俊達的離子阱(Tapped Ion)量子都算是第三級;至於學界在做的中性原子(Neutral Atoms)、氮空位(Nitrogen-Vacancy)屬第二級。更有學者是投入Level 1的探索,主要是物理研究所的教授投入馬約拉納(Majorana)量子位元、能穩定且容錯的拓樸(Topological State)量子電腦等研究。

學界發現,當拓樸材料與超導體結合時,會產生一特殊准粒子,稱為馬約拉納束縛態(Majorana Boundstate),此准粒子有著非對易性(Non-Commutative)的交換統計特性,並有作為拓樸量子計算之潛力。探索能為馬約拉納費米子(Majorana Fermions)和量子超導元件帶來重要進展的新穎拓撲三重態超導體是台灣的研究重點之一。如果成功,有可能改變量子電腦與計算元件開發的遊戲規則,扮演舉足輕重的地位。

諾貝爾獎頒給量子科技研究者,更讓相關研究的士氣大振,台灣學界探索的題目包括研究1種基於超輻射的新型量子記憶體,提升光記憶體的頻寬至GHz量級。也有團隊要開發積體化光量子晶片及後端量子資訊處理系統,用於產生高速、多通道、可攜式保真隨機亂數訊號源模組,以期未來可應用於室溫、常壓下操作的光量子訊號處理。

此外,中研院團隊也致力於建立台灣第一套中性原子平台的量子電腦,其目標是64個量子位元,成為台灣最高的量子計算系統,後續還要提升其量子位元數至約200個,並模擬量子自旋磁性及拓樸自旋流體等理論,以超越現有超級電腦計算能力。在研發過程中會用到的高速多頻道光電控制系統、雷射頻率鎖定於微光梳系統、以及冷原子捕捉與光阱陣列晶片化等技術,都有產業化與商品化的潛力。…

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