量子電腦即將衝擊你的生活

一秒解鎖 比傳統電腦快上一億倍

文 / 林讓均      2017-11-17
一秒解鎖 比傳統電腦快上一億倍


「帳戶密碼被破解」和「丟一把家門鑰匙」,你比較擔心哪一個?對網路世代而言,肯定對前者更有感覺,因為所有生活,甚至資產都已綁在網路上。但你一定沒想過,再複雜的加密程式,可能不到一秒就被破解,這種殺氣騰騰的破壞式創新科技,叫作「量子電腦」(或稱量子運算,Quantum Computing)。

在量子電腦跟前,你現在手邊正在使用的電腦簡直成了算盤級的「老古董」,根據Google之前發布的數據,透過量子演算法來解決一套具有1000項二進位制變因的函數,僅需百分之1秒,傳統電腦卻要100天來計算。換句話說,量子電腦比傳統電腦要快上1億倍!

之所以擁有如此驚人的演算能力,是因為量子電腦不採二進位制的計算單位「位元(bit)」,而是採用「量子位元(qubit)」。進一步解釋,兩進位的bit是0與1的二分法,一次只能出現一個狀態,0或是1;但量子電腦運算有一個主要不同,那就是qubit有「疊加(superposition)」特性,可以同時出現0與1,產生出4種疊加態:00、01、10、11。

對量子電腦有研究心得的台北富邦銀行新任總經理程耀輝,對此有一個妙喻:「量子電腦就像是千手觀音!」他表示,過去二進位制的演算法就像只能用單手,單手一次只能執行一個動作,例如拿起杯子,然後才放下杯子;但是量子電腦卻像千手觀音,同時能夠執行許多動作,並互相連結、搭配。

實際運用在演算上,兩者如何進行?微軟執行長Satya Nadella 解釋,就好像是走迷宮,傳統演算法必須先選一條路前進,撞到牆、退後、再前進,一條路走不通再試另一條,逐一試過之後,才找到正確的路。但量子演算法卻能同時嘗試所有路徑,時間與效率當然大幅提升。

量子電腦將終結古典演算時代,開啟新紀元,只是,會這麼快就到來嗎?目前量子電腦的穩定性還不夠,最長只能維持大約90微秒的穩定狀態,容易受到外在環境干擾,特別對熱能、電磁輻射敏感,必須存放在絕對零度(零下273攝氏溫度)的冰箱之中。此外,量子電腦的基底或許不再採用矽材料,改採新型的2維材料。

不過,專家認為量子電腦科技日新月異,上述缺點可望改善,10年內就能進一步商用,為人類帶來翻天覆地的衝擊。這意味著,下一世代的數位世界,誰擁有量子電腦,誰就能擁有制霸權,也因此,各國政府、科技大咖無不嚴陣以待,甚至掀起科技界的「軍備競賽」。

不只紛紛砸重金研發,也比誰能最快把量子科技從實驗室中帶向人群。從2014年即成立量子人工智能團隊的Google,宣布要在明年初舉行重量級的量子電腦測試。其實早在2013年,Google就曾與美國太空總署(NASA)共同測試價值1000萬美元的D - Wave量子電腦。

不讓Google專美於前,上週五(11/10)IBM宣布將推出50量子位元的原型電腦,同時也表示要在年底,對客戶推出20量子位元的「IBM Q」雲端計算平台。而今年9月,微軟執行長Satya Nadella 也在 Ignite大會上表示,將為量子運算打造專屬的程式語言,開發者可加入微軟的量子社群(quantum community),使用免費工具。

IBM Q 量子電腦介紹

至於各國政府,最積極者當屬中國,矢志成為「量子霸權」,正斥資人民幣70億元(近新台幣323億元)打造全球最大的量子實驗室,來發展量子電腦與相關的創新科技,去年8月也已發射了全球第一顆量子通訊實驗衛星。而投入最多研究資金的歐盟,將在明年進一步啟動量子科技的旗艦計畫;早在2000年即將量子科技納入科技戰略的美國,則已率先連結產官學單位進行多項測試。

究竟量子電腦可以如何改變你我的生活?當然,首當其衝的將是資訊安全,未來如何避免電腦變成一秒被破解的透明世界,會是一大挑戰。但主要應用層面,會發生在人工智慧、太空探索、生技醫療與氣候變遷等面向。

根據富比世(Forbes)雜誌,全球每天能產生2.5EB(大約10億GB)的數據,相當於25萬個美國國會圖書館,或者500萬台筆記型電腦所紀錄的內容,而且全球有32億個網路用戶,每分鐘發表近35萬條推文、在臉書上按下420萬個讚,其他諸如拍照、影片與交易紀錄等網路行為,都會留下各種數據資料。

因此,需要有量子電腦這種強大的演算法來處理數據,建置出更好的人工智慧。同樣地,太空探索、生技醫療與氣候變遷都涉及龐大數據與模型演算,有賴量子科技的普及運用。

而量子爭霸戰也將延燒到半導體業界,當初台積電的3奈米廠房選址,一度考慮赴美,關鍵就在於量子電腦,必須思考往後1奈米以下的發展,保留未來研發量子運算的空間。未來,隨著摩爾定律走到盡頭,量子運算很可能主導半導體價值鏈的重整,進而全面改變科技生活的風貌。

去年4月,媒體瘋傳加拿大帥哥總理杜魯多(Justin Trudeau)以35秒解釋量子電腦的影片,掀起了全球網友的熱烈討論。量子世代有多快到來,已經不是重點,台灣政府與業界都應該秉持「未來已來」的心態,趕快補修這堂全球必修課,迎戰此波「比閃電還快」的量子衝擊!

加拿大總理杜魯多以35秒解釋量子電腦

(圖/截自IBM Q介紹影片)

關鍵字: 科技全球焦點

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