
2025年4月號
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。