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2025年4月

2025世界量子日

每年的4月14日,全球科學界共同慶祝國際量子日(World Quantum Day),這個日期的選擇別具深意——4.14取自量子力學中最基本的普朗克常數,以“電子伏特∙秒(eV∙sec)”為單位再取四捨五入後的前三位數字。這個於2021年4月14日開始由全球65國量子科學家共同發起的國際性紀念日,不僅紀念普朗克、海森堡、薛丁格等先驅,更具體呼應聯合國「2030永續發展目標」中「促進科學技術創新」的倡議。從歐洲量子旗艦計畫到美國《國家量子倡議法案》,各國正將這一天轉化為量子科普教育、政策對話與國際合作的共同交流日。

在這個科技飛速發展的時代,量子技術正以前所未有的速度重塑我們的未來。適逢國際量子日,我們不僅慶祝人類在量子科學領域的突破,更展望量子計算、量子通訊與量子感測等技術將如何改變產業面貌與社會運作。量子力學發展至今已逾百年,但直到近十年,我們才真正看到量子電腦從實驗室走向商業化的曙光。 當Google在2019年宣佈達成「量子霸權」,繼之幾年下來IBM等科技巨頭亦競相突破最大運算力的情況下,全球才驚覺:量子運算已不是未來式,而是現在進行式。不同於傳統位元的0/1二元狀態,量子位元(Qubit)的疊加與糾纏特性,讓運算能力呈指數級增長,使之在於藥物開發(模擬蛋白質摺疊時間從億年縮短至小時)、金融科技(最佳化投資組合計算效率提升千倍)及氣候預測(解構大氣分子互動的超複雜模型)等領域外利用其強大的運算能力有望解決傳統電腦難以突破的難題,潛在應用無遠弗屆。然而,量子計算的實用化仍面臨諸多挑戰,包括錯誤校正、穩定性提升,以及低溫環境的需求。而各國政府也將量子技術列為國家級戰略。

當然台灣在這場全球量子競賽中並未缺席。國科會2023年正式成立量子國家隊,背後是深刻的產業轉型思維,整合了產學研頂尖資源,從量子硬體、軟體演算法到實際應用,展現台灣在量子科技的雄心與實力。透過跨領域合作。我們不僅在超導量子晶片的研發上取得進展,更積極培育本土人才,打造自主量子生態系。台灣的量子進擊:1. 核心硬體突破:中研院開發的氮化鈮(NbN)超導量子晶片,相干時間(Coherence Time)已達100微秒,躋身國際第二梯隊;搭配工研院建置稀釋制冷機本土化供應鏈,降低對歐美設備依賴。2. 軟體生態系建構:國網中心「台灣量子電腦」雲端平台,提供企業API測試接口與台積電合作開發CMOS量子位元控制晶片,解決訊號噪訊問題。3. 示範性應用落地:永豐金控合作量子金融風險模型及台大團隊運用量子演算法優化半導體缺陷檢測流程等。
本期的雙月刊特別邀請了現任中原大學量子資訊中心主任及量子電腦暨資訊科技協會理事長,亦是國立臺灣大學副校長的張慶瑞教授,以及其博士生王韋廷為讀者們介紹量子隨機行走的理論發展以及其未來應用於機器學習的可能性。另外國立中央大學 光電科學與工程學系教授暨量子技術中心主任陳彥宏教授則深入淺出的介紹了量子計算的緣起及解說陳教授專業領域的光量子元件研發與運算等內容。

台灣雖小,但在半導體與精密製造的基礎上,有機會在量子時代占據關鍵位置。本期專題將深入探討量子科技的現狀與未來,並剖析台灣如何把握這一波科技革命,讓量子技術從實驗室走向產業,創造新一波經濟動能。在量子科技即將掀起典範轉移的此刻,讓我們共同關注這項可能改變人類文明的技術,並期待台灣在全球量子版圖上發光發熱。

為了更完善本期量子技術主題專刊的介紹,我們更提供了兩篇Physics Today的專文,分別介紹了量子電腦在量子化學領域上可提供的重要突破,包含製藥過程中可提供可觀的降低成本,及量子模擬器的突破等。讓讀者對於量子科技的未來發展有更全面的觀點。另外,大家是否好奇擔任愛因斯坦的研究助手是誰?又是如何與大師合作?阿文老師兩篇精彩文章系統性的介紹了愛因斯坦生平的每一位助手與研究;再來,繼續為讀者提供早期日本物理學界的關鍵人物生平,本期專文介紹了兩位皆擔任過日本戰前的大學校長小川正孝教授以及本多光太郎教授,這兩位充滿科學家風格的大學校長又是如何影響著日本科學與工業發展呢?!有待讀者跟著阿文老師的腳步一同去追尋了!

國立陽明交通大學林志忠老師介紹了三位研究固體中的量子穿隧現象並於1973年諾貝爾物理學獎得主的其中兩位的故事:江崎玲於奈與伊瓦爾·賈埃弗(駐:另一位得主布萊恩·約瑟夫森的故事請參考雙月刊〈細節與專家——Bardeen馬失前蹄?〉《物理》2017年10月)。這兩位諾獎得主的研究故事啟迪人心、發人省思!林志忠老師另外又投稿一篇短文透過江崎玲於奈教授的觀點說明如何看待諾貝爾獎與產業發展的關聯性,還請讀者細細品味箇中滋味。皮皮老師(國立陽明交通大學欒丕綱教授)再次透過教學現場與其獨到的物理嗅覺,引領讀者如何沒有公式的看待光與物質的交互作用,進一步理解『折射率』!最後,高湧泉教授繼續分享在柏克萊大學攻讀博士學位時的部份心路歷程與教授對話等!歷史會一再重演,讀者透過雙月刊提供的內容學習物理、品味不同作者提供不一樣的人生,折射出每個人的面向,期許各位在各自的人生道路上累績、努力,攀上一個又一個的頂峰!我們的國家與世代此刻正站在經典計算與量子計算的歷史轉折點上——而台灣,沒有落後的權利。

目錄
物理新知
典型量子模擬器實現10000倍的跳躍
量子電腦上解決量子化學問題
物理專文
量子隨機行走及其應用
光量子技術--引領跨世紀之量子革命
物理專欄
兩位科學家總長的不凡人生
愛因斯坦的助手們(一): 歐洲時期
愛因斯坦的助手們(二)普林斯頓時期
折射率是什麼?漫談折射率與介質中的光傳播
好文推薦
固體中電子穿隧研究的奇妙旅程
諾貝爾獎 vs 產業
我的物理老師們(五)
葛蕾特·赫爾曼:物理中的倫理哲學

物理新知

物理專文

物理專欄

中原大學物理學系教授高崇文2025年4月14日
兩位科學家總長的不凡人生

一般大眾對國立大學校長的印象大概就是四處拋頭露面,講一些冠冕堂皇但不痛不癢的廢話,與其說是學者,不如說是官僚。但是阿文這次要介紹兩位日本戰前的大學校長,他們稱之為總長,這兩位總長雖然身為大學校長,但是仍然努力研究,不失科學家本色,巧的是他們都是同一所大學的總長。這所大學就是位於仙台的東北帝國大學。 東北帝國大學是大日本帝國第三所設立的帝國大學,原先1906年(明治39年),有人提出將札幌農學院升格為帝國大學農學院,並成為北海道帝國大學,同時新設科學技術研究所和大學預科課程,但遭到東北區域選出來的國會議員強力反對,因此政府決定將新成立的理科大學設在仙台,並將札幌農學院與升級後的農業大學合併,組成東北帝國大學。最終,1907年6月22日,明治天皇頒布了第236號敕令,東北帝國大學於是便在東北的大城,仙台成立。 但是整理校地花了很多時間,直到1911年,初代總長澤柳政太郎就任,他提出「研究第一」、「門戶開放」、「實學尊重」的辦學理念,開始設立了包含數學科、物理學科、化學科的理科大學。澤柳政太郎由於在仙台的表現亮眼,兩年後去京都大學想要如法泡製,不料卻引發了教授會的強力反擊,先前在介紹村岡範為

好文推薦

林志忠/台灣陽明交通大學電子物理系Email: jjlin@nycu.eu.tw2025年4月14日
諾貝爾獎 vs 產業

我在〈固體中電子穿隧研究的奇妙旅程〉文中提到,賈埃弗認為中國和南韓患有諾貝爾獎焦慮症。最近,正巧在蒐羅江崎玲於奈的科研人生資料時,讀到他執掌日本筑波大學後,有一段關於「獲得諾貝爾獎」與「成就產業」兩者之間的絕不同性質的鮮明對比解說,如圖。 圖片取自江崎玲於奈著,姜春潔譯《挑戰極限:諾貝爾物理學獎獲得者的傳奇人生》(北京中信出版社,2012年) 江崎說,就某一特定領域而言,最終能否獲得諾貝爾獎的原因,來自於是否創造了影響深廣的龐大「知識量」(左邊縱軸);最終能否成就產業的原因,則來自於是否創造了巨大「財富」(右邊縱軸)。無論何者,獲得成功都需要新創性、突破性、先機性,甚至運氣,以及漫長時間的累積和等待/煎熬(橫軸)。而最初開風氣之先的,通常是「革命性」的突破,如圖中兩條曲線底部的幾段跳躍式上升,那是來自極少數人的貢獻。 做出突破性知識量的人位於圖中左下角位置,做出新創性財富(以風險企業為代表)的人位於圖中垂直虛線下方。經過漫長時間的挑戰與考驗,成功的前者可能獲得諾貝爾獎,成功的後者可能成為億萬富翁。前者的主考官來自學術界,後者的主考官來自市場。無論來自前者或是後者,最終成功者都

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國立臺灣大學物理學系教授高涌泉2025年4月14日
我的物理老師們(五)

我當時的英雄是南部陽一郎與肯尼斯.威爾森。 我開始寫這一系列文章,回憶我的物理老師們,動機起自想為少數幾位在大學時代意外影響了我、但現在幾乎已經全然被遺忘的老師留下一些記錄。為了解說他們的影響,我講到了在美國加州大學柏克萊分校攻讀博士時期的一些經驗做為參照。既然提及在美國留學的收穫,我當然也應該繼續說明我的論文指導教授鈴木真彥(Mahiko Suzuki)對我的啟發。 我在1980 年夏天成為加州大學柏克萊分校物理系的研究生。我記得那年柏克萊收了55 位研究生,其中五位是外籍生(兩位來自台灣、兩位來自香港、一位來自盧森堡)。我特別記得前面提過的康明斯教授在新生講習場合對我們說:「現在你們當中有九成想要鑽研相對論或理論粒子物理,只有一成要做別的。但是一年後,這個比例會顛倒過來。」我完全理解他的意思:學生在大學階段所學的都是最重要、最漂亮的理論,所以難免誤以為只有尋找美麗的理論才是值得從事的物理研究。不過只要我們理解了真實世界的一流物理學家到底如何推進物理前沿,我們就會醒悟過來。 但是我卻是那少數沒有醒悟的學生之一。我當時的英雄是南部陽一郎與肯尼斯. 威爾森( Kenneth