掌握量子電腦優勢,應從克服關鍵技術著手

近來,Google、IBM、微軟、Intel等科技大廠紛紛佈局量子電腦領域,各國政府也積極投入經費研發,例如新加坡政府自2007年便於新加坡國立大學成立當時世界最大的量子科技中心,十分積極發展相關研究。許多新創公司的加入也有助於加速量子電腦的發展腳步。其中,來自新加坡的新創公司Horizon Quantum Computing則是以量子軟體公司為定位及目標。

Horizon Quantum Computing 執行長Dr. Joe Fitzsimons先前為新加坡科技設計大學(Singapore University of Technology and Design)及量子科技研究中心教授,也是國際知名理論電腦科學研究學會 Simons Institute訪問學者,他的研究專長為領域為量子計算,量子硬體架構,量子控制,以及量子感測。

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Horizon Quantum Computing 專注於量子電腦軟體方面的開發,致力於將傳統電腦程式的架構以最大程度的整合到嶄新的量子硬體上。Dr. Joe Fitzsimons強調,他們不只限於應用程式的層次,而是要從底層控制到高層應用建立一整套的開發工具鏈。也就是說,公司的目標並不是為了解決某一特定問題而開發各式各樣的函式庫,而是在如何將已知的傳統電腦程式,例如Python、Matlab直接轉換成對應且有計算優勢的量子程式,讓程式經過他們所設計的最佳化編譯工具,部屬到使用者指定的量子硬體設備。

Dr. Fitzsimons表示,當前量子電腦領域的挑戰主要可分為兩部分。首先是硬體上會需要更可靠的裝置,以及更高效率的量子糾錯;另一部分則是如何讓使用者使用這些量子裝置。他認為,即使有了可靠的量子電腦,但要如何操縱量子電腦解決實際的問題,仍然需要一個和以往截然不同的思維模式,也就會需要很多軟體的嶄新概念及開發工具,而這也是Horizon Quantum Computing創立的目標。

Dr. Fitzsimons認為,針對目前量子電腦架構處理的計算問題,短期內最適合的方式是,計算所需時間相對長(對傳統電腦而言),但問題本身的數學描述可以相當小的一類問題。但如果是像高頻交易這類的問題,亦即對於資料傳輸「延遲」(latency)有嚴格要求的場景,就不適合使用目前的量子電腦處理。主要是因為目前的量子電腦單位時間內的操作次數,還無法追上傳統電腦,且量子電腦主要多透過雲端操作。我們目前認知的量子計算仍限定於部分領域應用,才能帶來巨大的計算優勢,如材料、藥物模擬、特定最佳化問題等。Dr. Fitzsimons說,Horizon Quantum Computing 的願景是,讓量子計算優勢盡可能的滲透到傳統計算的所有層面,讓使用者即使在不了解量子電腦的底層架構,仍能受益於量子電腦的計算潛能。

雖然硬體上仍有許多挑戰要克服,但是,Dr. Fitzsimons認為,現在進行軟體方面的開發仍是正確的選擇。因為,一旦出現可靠的量子硬體,卻沒有建立軟體層次的工具鏈,那麼也無法使用這些量子硬體達成有用的計算。Horizon Quantum Computing的目標之一,就是要彌補硬體界和軟體界間的落差。從利用辨識量子雜訊特徵以最佳化量子指令編譯,到高層次的量子程式設計,Horizon Quantum Computing皆開發了容易使用的工具組,便於不同領域的科學家及工程師使用。

與全世界合作才能加速開發進程

那麼,台灣在這波量子科技革命浪潮中,是否有優勢呢?Dr. Fitzsimons認為,不同於傳統電腦現在的產業發展局面,目前的量子電腦發展還在相當早期的階段,無論是業界或學術界,都不應該將同業視為競爭者,想要取代彼此。如果要取得優勢的話,應該縱觀整個量子電腦的發展版圖,從中找出目前仍待被克服的關鍵技術,例如現今量子裝置中,低溫電子訊號線路的布局、電子訊號的多工處理,或是對大規模量子計算至關重要,但目前尚未開發出的量子記憶體等,從中找到能發揮台灣自身專長的地方切入,這將有助於台灣在量子技術的產業發展上取得獨一無二的優勢。

提到鴻海新創立的離子阱實驗室,Dr. Fitzsimons建議,由於量子電腦的產業發展仍在非常早期的階段,要使現在的量子電腦產業茁壯,鴻海應該積極的向全世界的團隊尋求合作,加速開發的進程。當量子電腦發展到一定程度,能被接納到傳統電腦市場的時候,才會是量子產業界往下一個階段發展的關鍵時刻。(撰稿者:孫欣)

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