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量子電腦 運算快千億倍  2005
記者孟祥傑／台北報導

 


量子力學與電腦科技發展均已超過半世紀，當前科學家最有興趣的研究，是結合量子力學與電腦科技，研發出新一代的電腦「量子電腦」；一旦成功，運算處理速度將比現在的電腦快上千億倍。
由國科會與聯合報、公共電視、科學人雜誌、中廣公司、News98 合辦、中央大學理學院科學教育中心承辦的「2005展望演講秋季系列—物理光耀世界，紀念1905物理奇蹟年的100周年（Ⅱ）」，第七場由台大物理系助理教授管希聖主講「量子電腦與量子資訊」。
電晶體數 每兩年增一倍

 

管希聖表示，
美國Shockley、Brattain和Bardeen等3名科學家，1947年成功研發出點接觸電晶體，開啟半導體革命；
IBM在1951年耗資100萬美金，製造出「IBM UNI-VAC」電腦，是IBM的第一部電腦；
德州儀器公司1954年成功製造出矽介面電晶體；
AT&T貝爾實驗室1955年用800個電晶體，完成全球第一部完全用電晶體製造的電腦「TRADIC」。

 


英特爾創始人之一的摩爾1965年提出著名的「摩爾定律」，即在積體電路中，單位面積的電晶體數目，隨時間指數增長；簡單來說，晶片中電晶體的數目，每兩年成長一倍；從電腦發展史來看，1971年的微處理器中，電晶體為2250個，1974年為5000個，2000年推出的Pentium4微處理器，電晶體數目已成長為4200萬個，演變經過證實了摩爾定律的預測。

 

奈米技術 晶片越做越小

 

管希聖說，因科技不斷進步，現在電晶體已可用奈米技術，做成跟頭髮一樣細小，目前晶片製程的技術，也已從130奈米進入90奈米階段，預計2018年可能再大幅進步到16奈米的技術。

 


但當晶片愈做愈小，將面臨一些物理上的瓶頸，
目前製程最難突破的瓶頸，
就是耗能和散熱問題。

 

 

 

管希聖指出，
目前最新興的研究領域是量子計算與量子資訊，這個領域使用量子力學系統，去達成資訊處理與計算工作，也就是以量子力學準則作為運算與工作基礎，研究、發現並設計出比古典更快速、有效，或在古典上不可能的運算與資訊處理方法。

 

數位密碼 提升金庫安全

 

 

 

管希聖說，
目前各種電腦是利用電晶體中大量電子，在電壓差下產生0與1的變化，達到開、關及運算功能，但量子電腦是以量子力學系統為基礎，做為電腦運算、處理的元件；傳統電腦的運算、處理方式，0就是0、1就是1，兩者壁壘分明，

 

但量子電腦可同時讓0與1兩種狀態並存，
達到迅速處理數百位數資料的目的。

 

 

 

科學家Shor在1994年提出量子因式分解演算法，指出若同樣要解一個300位數的數位密碼，用同樣每秒鐘1兆bytes的傳統電腦與量子電腦，傳統電腦需要15萬年才能解開這個數位密碼，但量子電腦不到1秒就可完成，兩者演算速度相差上千億倍；若國防部、銀行能用量子電腦做出一個數百位數的數位密碼，資料與金庫安全性將大大提高。

 

 

 

穩定量子 最難突破瓶頸

 

科學家Grover也提出量子搜尋法，若從一百萬筆未排序的電話號碼中，挑出一個號碼回溯找到使用該電話的人，傳統電腦可能得從資料庫中比對幾十萬次，才能找出正確的人，但用量子電腦，最多僅需比對一千次就可完成這個「不可能的任務」。

 

但量子電腦的研發，仍有先天上的限制，

 

 

 

管希聖說，
因現實世界中，有太多干擾物質，
使任何東西都無法直接以量子的型態存在，
如何讓量子電腦的量子狀態保持穩定，不受干擾破壞，
是現今科學家仍無法突破的瓶頸。

 

 

 

但他也強調，就像58年前科學家發明電晶體後，沒想到今天的科技，已可用大量電晶體，做出2萬元有找的電腦，科學家現在全力研究量子電腦，同樣也沒人知道究竟會不會成功，但在研究過程中，勢必會發現更多新科技，對改善人類生活做出更偉大的貢獻。
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