2022.03.05 05:58 臺北時間

【全文】是救命神器也是超級駭客 台科技巨頭布局量子電腦

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被喻為「下個世代運算工具」的量子電腦(圖中,翻攝IBM官網),能計算傳統電腦上百年來都無法解決的超複雜問題,吸引台灣舉足輕重的科技大咖投入。
被喻為「下個世代運算工具」的量子電腦(圖中,翻攝IBM官網),能計算傳統電腦上百年來都無法解決的超複雜問題,吸引台灣舉足輕重的科技大咖投入。
被科技業喻為「下世代運算工具」的量子電腦,運算能力高出傳統電腦數千倍,甚至上萬倍,不但能縮短製藥時程、精準預測天災,更可能成為摧毀加密貨幣體系的超級駭客。正因量子電腦的能力高強,已吸引大筆投資熱錢,就連鴻海、廣達、台積電、聯發科等台灣科技大咖也相繼投入。
本刊調查,行動最積極的莫過於代工龍頭鴻海,董事長劉揚偉力促五年內研發出台灣自己的量子電腦,還有意繼MIH電動車大聯盟後,成立量子電腦大聯盟,讓台灣成為新領域的領頭羊。
一場疫情顛覆全人類的生活,唯一的「救命稻草」非疫苗莫屬,莫德納(Moderna)和輝瑞(Pfizer)以8個月的「超神速」完成臨床試驗,讓COVID-19在肆虐全球近1年後,人類終於擁有抵抗能力,但全球仍有超過4億人染疫、近600萬人死亡,造成難以挽回的傷害。
但若人類能在按下Enter鍵後,讓電腦開始透過AI模擬數以萬計的藥物分子結構,在短短3天內得到結果,迅速研發出疫苗,結局或將全然不同。這並非癡人說夢,而是在未來10年內極有可能實現,靠的正是中美科技角力戰的一大關鍵,也是IBM、Google等巨擘爭當霸主,甚至連鴻海、廣達、台積電、聯發科都不放過的「下個世代運算工具」—量子電腦(Quantum computer)。

算力超強 萬年變二百秒

「量子電腦是HPC(高效能電腦)的進階版,能運算的數據範圍大到無法想像,它要從運算力的根本來改變這個世界。」鴻海研究院量子計算研究所所長謝明修篤定地向本刊說道。
2019年1月,在美國消費性電子(CES)展中,科技巨擘IBM展出一具金燦燦、猶如華麗水晶吊燈的機器,瞬間成為全場焦點,前往觀看的人群絡繹不絕,它正是IBM研發、廣為人知的「IBM Q System One」,這也是量子電腦第一次映入大眾視野。
近年隨著硬體及程式語言成熟,國家與企業的大筆資金開始投入,量子電腦成為當紅炸子雞。(翻攝Reidar Hahn FERMILAB)
當全球對量子電腦一知半解、懵懵懂懂之際,同年10月,全球網路巨擘Google在《自然》(Nature)期刊發表讓世界震驚的研究成果—Google全新研發的量子電腦「Sycamore」,只花了200秒就解決全球最強超級電腦需1萬年才能處理完的複雜運算任務,耗時僅15億分之1。
而後,在全球一間又一間打著量子電腦名號的新創公司接連上市,募得資金隨便都是上億美元起跳。像是2015年成立的芬蘭量子計算新創公司IQM,一上市便籌得21億美元(約新台幣580億元),是成立時的整整1千倍。
「大家都眼睛一亮,想說到底發生什麼事?看到股價漲這麼多、全球科技大廠也都開始投入,量子電腦宛如一座『金礦』,關注的人、企業資金也相繼大量湧入。」看到越來越多企業投入,在此領域研究多年的台大IBM量子電腦中心主任張慶瑞興奮地對本刊說。

模擬配方 縮短製藥時程

研究學者們深感興奮,但各界好奇的是,量子電腦與傳統電腦有何不同?究竟會對人類的生活造成什麼翻天覆地的改變?
簡單來說,量子電腦和目前常用的傳統電腦一樣,都是一種算力(電腦運算能力),但計算原理截然不同。傳統電腦是以「基本位元」(bit)來計算,不是○就是一,計算問題時,就像是一種單一樂器在演奏;而量子電腦卻是由「量子位元」(qubit)組成,不僅可以0和1同時進行,還能無限疊加,就像交響樂團,一次可以演奏多種樂器、處理不同的狀況。
如此一來,在計算資訊量極其龐大的情況下,量子電腦不僅能大幅縮短計算時間,甚至能算出過去傳統電腦花幾十年、幾百年都算不出來的東西。當量子位元數量愈高,電腦的算力就會以指數級別向上飆升。「傳統電腦需花上萬年才能計算的線性代數難題,量子電腦只要幾分鐘便可解決。」張慶瑞表示。
「傳統電腦不能算、算不出來的,就是量子電腦會發光的地方,它是來『幹大事』的!可以解決人類社會的大問題和重要需求,像是氣候變遷、塞港運輸、找出好的材料、做出更好的電池等等。」謝明修說道。
由於算力強大,量子電腦近年最先被導入的領域,或將是取代現有的雲端伺服器。(翻攝IBM官網)
受限於現有硬體,量子電腦目前面臨最大的問題,就是計算結果不如傳統超級電腦準確,無法給出非常精準的答案,因此較適合應用在N種方案中,找出「最佳解答」的運算模式,「包括金融分析、材料製藥、機器學習與交通控管等,都是較先被應用到的領域。」張慶瑞說。
以製藥業來說,全球有潛力製造藥物的分子種類,比全宇宙的原子還要多,想要找出最佳組合,量子電腦將是最強解方。利用人工智慧製藥的新創英科智能執行長林彥竹就對本刊表示,量子電腦能快速模擬各種組合的化學反應,大幅縮短製藥時程,「此外,製藥領域的data(資料)很貴!要透過一次次實驗才能累積,每個藥廠、實驗室做出來的品質又差異懸殊,希望未來量子電腦能做到有小筆、高品質的data,即可精準模擬出該有的效果。」
過去往往動輒10年的製藥研發時程,導入量子電腦後能大幅加速,成為人類福音。(翻攝Roche臉書)

超級駭客 危及加密貨幣

每一種橫空出世的新科技,都猶如一把雙面刃,擁有多大的力量,也就具有同等的殺傷力。當元宇宙已成未來,區塊鏈和加密貨幣將是其底層技術和數位資產,如今看起來似乎堅不可摧、難以破解,但一旦量子電腦量產,很可能打破這一切平靜,成為危險係數極高的「超級駭客」。
目前全球都在找量子電腦最合適的應用場景,不僅能準確預測天災(圖),還恐成為現有加密體系的超級駭客。(翻攝Alexander Gerst推特)
像是工研院曾做過試算,以台灣的自然人憑證IC卡來說,金鑰長度為2018位元,若以現有傳統電腦來計算破解,得花上46億年;但若透過15萬位元的量子電腦,只要177天就能破解,當量子位元數提升至20萬位元,只需8小時。
創新工廠董事長李開復在新書中提及,量子電腦將對AI運算帶來翻天覆地的改變。
日前創新工場董事長李開復發表新書《AI 2041:預見10個未來新世界》,就寫了一則故事,講述一群駭客透過量子電腦計算,成功盜取總市值破8千億美元的比特幣。無獨有偶,日前美國破獲一起史上規模最大、價值超過36億美元的比特幣竊案,意味道高一尺、魔高一丈,只要駭客擁有同等武器,聲稱堅不可破的區塊鏈與加密貨幣,未來都將被攻陷。
量子電腦被視為破解比特幣等加密貨幣體系的殺手,最快明年面臨遭破解的危機。
「大家現在認為只要密鑰夠長就夠安全,因為破解的時間太長,但量子電腦敲響警鐘。」IBM大中華區金融行業首席架構師陳宇翔直言不諱地說。
令人驚訝的是,李開復書中的情節最快明年就可能發生。現有金融體系,也包含部分比特幣在內,大多採用1024位元加密,陳宇翔透露,IBM將在2023年推出1121量子位元的電腦「Condor」(禿鷹),極可能對比特幣進行暴力破解。
BMW、福斯汽車共同創立量子科技與應用聯盟,要找出量子電腦在汽車製造最貼切的應用。(BMW提供)
正因威力驚人,量子電腦已經被美國、中國、日本等國家,提升到國家戰略層級。不管是造飛機的美國波音(Boeing),還是日本科技大咖富士通(Fujitsu)、日立(HITACHI),都在嘗試找出量子電腦如何與自家應用結合。半年前,就連德國汽車大廠BMW都牽手亞馬遜網路服務公司(AWS)對外發起「量子運算挑戰」,企圖藉由這種超級算力,找出自駕車的機器學習方式,或演算出感測器與各種先進材料的新應用,協助汽車業產生結構性改變。

台廠投入 廣達布局三年

面對量子電腦風潮,台灣舉足輕重的重量級科技公司也都繃緊神經,不敢稍有閃失。早在2019年的一場半導體論壇上,台積電董事長劉德音就鄭重宣示,台積電絕不會在量子電腦中缺席;聯發科董事長蔡明介近期也多次在公開場合提及量子電腦,「董事長非常非常關注,逼大家讀很多書。」一位聯發科員工透露,公司內部主責技術的團隊,已開始鑽研量子電腦。此外,伺服器代工龍頭廣達董事長林百里更直言,3年前廣達就已投入布局。
最令人矚目的,莫過於鴻海在去年1月,風風火火成立「鴻海研究院量子計算研究所」,並在同年12月成立「離子阱實驗室」,計畫5年內推出5到10位元開源、可編碼的離子阱量子電腦。
「現在產業界都很有興趣,但真的很積極投入、速度最快的只有鴻海。劉董事長(劉揚偉)的願景,是希望台灣能做自己的量子電腦給學界、業界用,不是只能用IBM的。」謝明修透露鴻海量子計算研究所的布局規劃,從硬體、軟體到應用,打造出一條龍的生態系,特別是在應用面,已開始積極和產業界、學界合作。
鴻海全力布局,在鴻海研究院量子計算研究所成立實驗室,5年內將研發出自製量子電腦。右為鴻海創辦人郭台銘,左為鴻海董事長劉揚偉。

籌組聯盟 鴻海帶頭號召

謝明修還透露,「劉董十分看中此事,並在內部提出,可組建一個台灣量子電腦產業聯盟,希望2022年底成立。」
正因量子電腦可能改變未來雲端與伺服器的版圖,台灣產官學界已經全面動起來,看在研究單位眼中,就算台廠目前沒有掌握最關鍵的量子位元技術,但仍有不錯的機會點。
「1台量子電腦需要的微波訊號、高頻電路等,全是台灣半導體業能做的,只要有硬體需求,就有機會扮演重要角色。」工研院電光系統所組長吳育任說。
業界人士認為,動輒數億美元的量子電腦,要從現在如水晶吊燈般的體積走入「小型化」,並讓企業都買得起,至少得5到10年;若要像手機、筆電一樣人手一台,至少是20年後的事。就如同人類發明第一台電腦,猶如一個足球場般大,但當時誰又能想到,如今會成為人人必備的生產力工具,若量子電腦有朝一日開始普及,傳統電腦恐步上「算盤」的後塵。
更新時間|2023.09.12 20:41 臺北時間
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