The 21st century: 量子力學

顯示具有 量子力學 標籤的文章。顯示所有文章

廣達將佈局量子電腦

廣達董事長林百里對量子電腦看法大翻盤，他13日出席媒體說明會，首度透露已指派幾位工程師投入量子電腦研究，為十年後更大量的雲端與IoT（物聯網）商機做準備。

時間回到今年4月，林百里出席員工家庭日活動時，談到量子電腦仍保守以對，認為演算法及材料使用都具不確定性，談量子電腦言之過早，那是15-20年後的事。

不過，半年後他的態度丕變，似乎跟台積電董事長劉德音透露台積電不會缺席量子電腦機會有關，也與重要客戶Google與IBM近期在量子電腦頻頻較勁上難脫關係。

「假如有一天，每一個人的口袋都有一個量子電腦，我想TSMC（台積電）一定不會缺席。」台積電董事長劉德音9月在一場論壇中表示，市場預期這將是一奈米以下製程的產品。

林百里：台積電是上游，我們下游

「我其實很怕十年後量子計算出來，這世界又將天翻地覆。」林百里說。他坦言：「我們（廣達）開始研究量子計算這回事，但我其實很怕。」他指的是量子電腦帶來的世界變局，科技業者需隨之應變。

「目前量子電腦運算機器都很不穩定，因為這是超導體、超低溫的挑戰，這也不是我們（廣達）可以做的，」林百里說，十年後他都80歲了，應該退休了，所以他現在先找幾個工程師研究（量子電腦），他判斷自己退休前應該都還不會真正生產量子電腦。

不過儘管林百里預言，他退休前廣達還不會生產量子電腦，但他看好十年後，量子時代將對廣達有百利，帶來的是雲端跟IoT裝置商機。

「量子時代對廣達更有利，因為運算能量更大，（處理器）裡面很快，需要接收資料量更大，因為接收太快了，一奈米或兩奈米能不能做到都還不知道，也因為運算很快，對外傳輸要用光網路。」林百里描繪量子運算的架構，顯然已經做過一番研究。

林百里說，廣達不會做引擎（量子晶片），但其他東西數量太大，比方應用，比方量子時代的雲端商機（量子電腦伺服器），這些廣達都非常樂觀，因為「世界上能做好的伺服器的公司不多，越來越難做，對我們（廣達）就會越來越有興趣。」

廣達副董事長梁次震也補充，「當運算越來越快，一定會想出應用之處，或許有一天人不用手跟嘴巴，頭上擺兩個量子就可以。」他打趣的說。

林百里舉當年雲端時代來臨，市場開始擔心NB會完蛋，但後來不僅不會，反而延伸出很多IOT應用，「量子是更大的應用，台積電也碰到量子問題，屆時若半導體需求更多，晶片需求更多，廣達做箱子（伺服器）的需求也就更多。」

遵循台積電的腳步，林百里對量子電腦轉為開放擁抱，他直言「台積電是上游，我們是下游，上游水多，我們就水多，供應鏈一致！我們兩家觀點一致！十年後量子電腦時代出來，預估是一奈米以下製程，我們箱子（伺服器）也要做（量子伺服器），箱子越來越難搞，有新的東西當然好玩。

十年內，飛機理論看好四大技術三大商機

至於十年之內，林百里看好的是AI、雲端、5G、IoT四者整合機會，13日他再度拿出一張「飛機理論」圖片描繪四者間的關係，「AI是機師，5G是噴射引擎，延伸出雲端技術，結果是要靠IoT賺錢，這是大整合機會，要四種都會做，提供解決方案才能賺錢！」

在這大技術融合趨勢中，廣達將有幾個佈局方向，首先是智慧醫療，其次是智慧工廠，第三是5G時代的雲端升級需求。

智慧醫療是最難做的事情，因為關乎人命，商業模式要考慮很多，涉及醫療倫理、品質、效率，林百里透露，廣達正在做研發病房及醫護平台，希望2020~2021年產品能落地試營運，但最大考驗仍然是行銷跟商業模式。

林百里解釋，因為若不做ODM，作品牌必須有行銷力，光做台灣市場太小，難以規模化，但若做全世界生意，醫療的品牌是最困難的，不僅要取得醫療認證及醫療機構認可，生意模式怎麼做？銷售人才如何培養？都是問題。

不過，林百里反而最看好AI與5G在三至五年內帶來的機會，他指出，5G背後的雲端機房跟4G不同，當各國發展5G將帶來非常大的需求，而當AI服務上路，Google等雲端客戶業務也將大成長，5G需要大量雲端，靠數量眾多的IoT收集資料，所以雲端跟IoT也將大成長。

在智慧製造方面，廣達林口總部又將興建新大樓，預計2020年第四季完工，這也成為智慧工廠實驗場域，林百里表示，廣達導入自動化機器人，加上AI檢驗，若未來導入5G，把感測器跟機器人都串連起來，能做大數據即時分析，即時決策，生產效率將提升20%，是非常大的商機。

「機器人也有聰明跟笨的！」林百里笑說，未來連線AI的是聰明機器人，而笨的機器人只會說「你好！你好！」毫無用途。

林百里早在20年前就看好行動聯網商機，率先投入筆電開發，現在則大力倡議AI戰略，梁次震補充：其實林百里早在31年前就已經想到廣達（Quanta）會做量子電腦（Quantum），所以創業取名廣達，林百里則笑著回應「廣達」就是取意產品既廣又能無線通達，兩位創辦人一番對談，讓外界多少能一窺科技前瞻領袖的先見之明。

紐約時報：量子加密技術競爭加劇，中國目前領先

https://www.nytimes.com/2018/12/03/technology/quantum-encryption.html

據《紐約時報》報導，包括谷歌到阿里巴巴在內的科技公司都在競相打造世界上第一台量子電腦，這要比當前的電腦強大得多。儘管建造量子電腦的競爭不分伯仲，但中國在量子加密技術方面明顯領先。

未來的量子電腦可能會破解保護數字訊息的現行加密技術，使諸如數十億美元的電子商務支出訊息以及存儲在資料庫中的機密訊息等一切資料都面臨風險。

這個問題有答案嗎？量子加密依賴於相同的概念。正如一些科學家在研究量子電腦一樣，另一些科學家也在研究量子安全技術，從而阻礙未來量子電腦的密碼破譯能力。

這是一場涉及國家訊息安全的競賽，儘管建造量子電腦的競爭不分伯仲，但中國在量子加密技術方面明顯領先。與人工智慧等其他尖端技術一樣，中國也將不同類型的量子研究列為重點。

「中國在相關技術研發方面擁有深思熟慮的戰略，」美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）前研究員鄧肯‧厄爾（Duncan Earl）表示。目前厄爾是量子加密技術公司Qubitekk的總裁兼首席技術長。「如果我們認為我們可以等上5到10年再應用這項技術，那就太晚了。」

量子計算基於量子力學理論，後者解釋了極小物質粒子所表現出的奇怪行為。

在傳統計算機中，晶體管存儲訊息的最小單位是「bit」，每個bit不是1就是0。

而當某些物質極小或極冷時，它們的行為就不同了。這種不同狀態的差異性允許一個量子位同時顯現出1和0的狀態，兩個量子位就可以同時容納四個值。隨著量子位的數量增長，量子電腦的功能以指數形式變得更加強大。

和量子運算一樣，量子加密技術依賴於極小物體的非直覺行為。保護資料祕密的密碼是由最小的光子生成的。透過合適的設備很容易判斷它們是否被篡改了，就像藥瓶上的封條一樣。如果實施得當，這項技術可能是牢不可破的。

目前的量子加密技術還無法確保可以構建出長距離的可行量子加密網路。但如果這真的發生，中國願意付諸實踐，並很可能會帶來巨大回報。

迄今為止，中國已經投資數千萬美元，建立了使用量子加密傳輸資料的網路。去年，中國發射了一顆以古代哲學家墨子命名的衛星，利用量子加密技術成功實現了北京和維也納之間的視訊通話。經過4年的規劃和建設，北京和上海之間的專用量子通訊網路也於去年投入運行。

目前，量子加密只能在有限距離內工作。北京和維也納之間的衛星連接將這一限制擴大到創紀錄的7451公里。在地面，透過使用光纖線路，量子機密技術的最大應用距離擴大到了約241公里。

在中國對量子加密的投資中，墨子號衛星受到的關注最多。衛星研製者中科大學領導建設了總長約1931公里的地面量子加密網。

光纖網路通過的安徽和山東省政府共投入8000萬美元用於該專案。和中國所有重大基礎設施項目一樣，這些計劃得到了中國政府的高層支持。

這條量子加密主線正在延伸到其他城市和地區。到2030年，中國的目標是在全球建立一個共享量子加密密鑰的網路。

一些安全專家質疑量子加密的有效性。它是如此新穎，還沒有經過任何嚴格的測試。而只有經過這些測試，才能使它得到持懷疑態度的密碼學家的認可。

但中科大物理學教授陸朝陽表示，京滬之間的量子加密網路是一次重大升級。

在傳統的通信方式中，竊聽者可以在光纖線路上的每一點攔截資料流。陸教授表示，量子加密技術將1931公里光纖線路上的易損點減少到了幾十個。

「我們承認這是一個過渡解決方案，」他說。「這並不是最終的解決方案。但就安全而言，這已經是一個巨大的進步。」

在美國，業界認為量子加密不過是一項科學實驗。相反，研究人員專注於使用普通數學來構建新的加密形式，以對抗量子電腦。這種技術不需要新的基礎設施。

但現在，在最近量子研究進展的推動下，一些美國公司正在迎頭追趕。

南加州初創企業Qubitekk正在利用這項技術保護田納西州的電網。另一家初創公司Quantum Xchange正在美國東北部建設量子加密網路，希望為華爾街銀行和其他企業提供服務。而長島石溪大學（Stony Brook University）的研究人員正在準備第三次冒險。

像Qubitekk這樣的小型初創企業不太可能為量子加密而投入數百萬美元。但許多專家認為，更重要的工作將發生在研究實驗室，美國能源部（Department of Energy）正在為芝加哥的一個測試網路提供資金，該網路可能會更加先進。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National laboratory）和橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National laboratory）正與Qubitekk合作，利用量子加密技術保護電網，而Quantum Xchange正在把設備轉移到哈德遜街60號（Hudson Street）。哈德遜街是古老的西聯電報中心所在地，現在是曼哈頓下城的一個網路中心。

Quantum Xchange正在曼哈頓和紐華克之間建立量子加密連接，計畫將這兩個城市運營的大型銀行連接起來。最終，它希望將這一網路延伸至東海岸。

在像芝加哥大學這樣的地方，研究人員希望更進一步，他們正在探索所謂的量子中繼器，也就是能夠擴展量子加密範圍的設備。

「我們還沒有做到這一點，」芝加哥大學教授戴維‧奧沙洛姆（David Awschalom）說。「但我相信，這將在未來幾年內發生。」

無論如何，量子通信技術需要新的硬體。這包括龐大的光纖網路，或許還有衛星，以及能夠探測單個光子的專用設備。

雖然Qubitekk致力於研究量子加密網路，但它無法獲得完成這項工作所需的特殊光探測器。這家初創公司最初從新澤西州的一家小型製造商Princeton Lightwave那裡購買探測器。但今年4月，這家美國製造商將探測器業務交給了中國的一家公司，但未能及時如願。

這家中國公司已經承諾向Qubitekk提供硬體，但最近告訴它，由於生產問題，額外的檢測器要到3月份才能交付。

歐洲的一些小公司也在銷售類似的探測器，全球各地的實驗室也在競相開發更先進的設備。但就目前而言，尤其是在美國，這種設備的供應量非常有限。

瞬間移動

應用量子纏結現象，實現粒子瞬間移動：

量子力學

雙縫實驗：

量子延遲實驗：

薛丁格的貓：

量子糾纏、量子纏結：

量子電腦：

量子電腦

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computing

2015年5月，IBM在量子運算上取得兩項關鍵性突破，開發出四量子位原型電路（four quantum bit circuit），成為未來10年量子電腦基礎。另外一項是，可以同時發現兩項量子的錯誤型態，分別為bit-flip（位元翻轉）與phase-flip（相位翻轉），不同於過往在同一時間內只能找出一種錯誤型態，使量子電腦運作更為穩定。

2016年8月，美國馬里蘭大學學院市分校發明世界上第一台由5量子位元組成的可編程量子電腦。

2017年5月，中國科學院宣布製造出世界首台超越早期經典電腦的光量子電腦，研發了10位元超導量子線路樣品，通過高精度脈衝控制和全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子位元多體純糾纏，並通過層析測量方法完整地刻畫了十位元量子態。此原型機的「玻色取樣」速度比國際同行之前所有實驗機加快至少24000倍，比人類歷史上第一台電子管計算機（ENIAC）和第一台電晶體計算機（TRADIC）運行速度快10-100倍，雖然還是緩慢但已經逐步跨入實用價值階段。

2017年7月，美國研究人員宣布完成51個量子位元的量子電腦模擬器。哈佛大學米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）在莫斯科量子技術國際會議上宣布這一訊息。量子模擬器使用了雷射冷卻的原子，並使用雷射將原子固定。

https://technews.tw/2017/10/17/quantum-computation-trend-google/

Google 量子電腦 2018 年初測試，料開創新紀元

Google 等運用量子力學（quantum mechanics）打造新型態的電腦。一般電腦運用位元（bit）紀錄處理數據，只能以 1 或 0 的狀態存在，但是量子位元（qubit）具有「疊加」（superposition）特性，能夠同時處於 1 和 0 的狀態。換句話說，傳統位元像是靜止的硬幣，只能出現正面或反面。量子位元則像正在旋轉的硬幣，可以同時秀出硬幣正反面。

微軟執行長 Satya Nadella 以迷宮來解釋一般電腦和量子電腦的差別。一般電腦若要走出迷宮，需要先試走某一條路，撞牆後倒退，重新嘗試，直到找到出路為止，需要花上許多時間才能找到答案。但是量子電腦能編碼資訊，不只 0 或 1 的狀態，而是 0 和 1 一起，可以同時試驗迷宮內的所有路徑，這就是量子的威力。

量子運算的潛能在於原本需要花上好幾個世代才能處理的問題，有了量子運算在數小時或幾天內就能解決，比方說人工智慧、清淨能源、全球暖化等。但是量子運算難題仍多，次原子粒子難以處理，電腦也還在研發當中，仍有許多障礙。

2017年7月，美國研究人員宣布完成51個量子位元的量子電腦模擬器。哈佛大學米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）在莫斯科量子技術國際會議上宣布這一訊息。量子模擬器使用了雷射冷卻的原子，並使用雷射將原子固定。

各國公家投入量子領域的研究經費非常高，而且並不只限於美國，麥肯錫統計的2015年量子相關科技研發經費如下圖：

上圖是經濟學人根據麥肯錫的調查數據所整理出來的，可以看到2015年一整年，美國、歐洲和中國各投入了360M€、550M€和220M€的研發經費在各種量子領域中，而全球研發總支出更高達1.5B€！

專利申請上的分布如下圖：

從上圖可以看到，整個歷史累積下來，美國和中國在量子技術的專利申請上毫無意外地位居前兩名，其中中國在量子加密技術（Quantum cryptography）上更是大幅超越美國高居第一。但更有趣的是，美國的專利申請在2005年前後到達了高峰，隨後幅度就大幅縮小，反而是中國的專利申請數量從2010年起飛，然後持續放大中。這也造成一些美國專家憂心中國量子技術超越美國，就像有些專家憂心阿里巴巴橫掃美國一樣。

https://www.bnext.com.tw/article/47890/quantum-qubit-quantum-manifesto

訂閱：文章 (Atom)

廣達將佈局量子電腦

紐約時報：量子加密技術競爭加劇，中國目前領先

瞬間移動

量子力學

量子電腦

程式語言編年史