科技部自然科學及永續研究發展司長羅夢凡說明科技部補助量子科技專案及研究計畫進展。

看準量子科技未來對資安、金融、國防各領域可能帶來的影響,科技部從2018年開始每年補助量子科技相關專案及研究計畫,下階段將規畫大型專案計畫,並揭露將規畫成立量子研究基地,加速國內量子科技相關研究及人才培育。

科技部自然科學及永續研究發展司長羅夢凡表示,和傳統電腦相比,量子電腦具有強大的平行運算能力,更容易破解現行的加密技術,未來將發展出量子加密,保障通訊的安全,除了資安外,量子電腦帶來的強大模擬能力,有助於材料、藥物、生物、金融研究。鑑於量子科技對資安、金融、產業、運輸、國防各方面的影響,各國及科技業已投入量子科技研究,我國也需加速相關研究。

基於此,科技部補助經費的量子科技研究可分為從上而下(Top-down)、從下而上(Bottom-up),首先在從上而下方面,2018年科技部補助清大成立前瞻量子科技研究中心,補助臺大與IBM成立的量子電腦中心,以及臺大、清大、中央、成大四校三個研究團隊,研究涵蓋量子元件、量子運算、量子通訊等,計畫期程從2018年到2022年,每年專案補助約1.2億元。

此外,有鑑於臺灣在半導體產業具有優勢,除了鼓勵超導體技術的量子科技,政府也希望帶動以矽基技術為基礎的量子科技,因此將從2021年到2025年開始,每年將補助約1.5億元,由半導體中心進行矽基量子計算次系統開發。

由下而上方面,由學者提出學門或專題計畫補助申請,科技部相關經費補助每年約1.5億元,另外也投資量子電腦相關的通訊技術、IC次系統研究,每年補助約為1.6億元。

展現各項專案計畫補助的成果,科技部統計,各項專案及研究計畫補助下,現在已有47篇論文在國內外期刊發表,約160名學研專家參與,共培育約200名碩博士。

羅夢凡指出,歷經兩年的發展,為加速國內量子科技研發,科技部後續將會有比較大的量子研究規畫,在推動策略上,將突破各學校的藩籬組成量子國家隊,發展量子位元、量子材料、量子通訊晶片、量子演算法、量子密碼、通訊協定等核心技術。

另外,科技部也規畫設立核心研究設施,打造量子研究基地,具備研究所需的設備,例如極低溫系統、尖端光電量子量測、量子材料製備,吸引國內相關研究團隊使用,科技部近期將會發佈相關資訊。一方面培育國內研究人才,也希望建立國際合作,引進國外技術及人才。

目前國內量子科技已有初步成果,例如臺大和中研院合組團隊,研究以矽基技術為基礎的量子元件、量子計算、理論及應用、量子通訊及密碼學等等。

以量子位元控制為例,來自該團隊的臺大物理系教授管希聖表示,在矽半導體結構裡,利用閘極形成量子點,每個量子點靠電子自旋形成量子位元,再進行操控,目前對兩個位元的操作多假設系統是完美的,運用波形操控兩位元量子,因系統容易受到電赫、雜訊影響,目前兩位元操控在矽半導體裡的正確度約為98%,若考慮到雜訊,需要控制擴大電子的交流磁場,理論上正確度可達到99%,但通常而言,在導線中交流電場大於磁場,因此臺大與中研院的團隊設計出特殊結構控制交流電場,相較於澳洲的研究,控制電場、磁場比值可達到900多倍。

另外,該團隊另一項成果是數位簽章架構Rainbow,參與美國NIST後量子密碼系統標準化進入最後階段,有機會成為NIST在2022年到2024年定下的後量子數位簽章標準之一。其他成果還有運用量子特性進行加密,確保通訊安全的密碼學,並研究如何辨別量子計算結果的正確性,以驗證是否為傳統電腦模擬量子電腦計算結果,以及操控自旋量子位元狀態的低噪微環形共振器(ESR)等等。

臺大-中研院團隊說明數位簽章架構Rainbow在美國NIST的後量子密碼系統標準化競爭過程:

對於現今各方競相投入量子計算研究,交通大學電子物理系教授張文豪指出,儘管目前量子位元研發上有許多種材料可選擇,但目前的研究發展大致可分為科技業者投入的超導體,還有多個國家投入的半導體技術,相較於IBM、Google等業者投入的超導體的量子位元技術已可達到數十個量子位元,而半導體技術在十多年前就達到雙位元量子,在技術上還需要克服。過去大家認為量子計算需要超低溫環境,難以在常溫下控制,使得其難以商業化運用,現在思維已改變,由於雲端運算興起,未來量子電腦在雲端資料中心,某種程度降低商業化的門檻。

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