革命性新科技 量子運算5大突破
編譯／李寓心
隨著革命性的量子運算技術發展，在許多行業中掀起波瀾，包括藥物開發、密碼學、金融和物流等。透過兩個主要的物理性量子力學現象，「量子疊加」（Quantum Superposition）和「量子糾纏 」（Quantum Entanglement），來驅動量子計算機的速度和運算能力，可使兩個量子位在不同空間，「即時」互相影響，從而能快速處理龐大的資訊。以下即為現階段量子運算發展初期的5項突破：
- 量子霸權（Quantum Supremacy）
量子計算機可解決傳統計算機，無法解決的複雜問題，證明了量子計算機優於傳統計算機的能力。正如Google在2019年10月證實54量子位元處理器Sycamore，可在200秒內解決一個採樣問題，是超級計算機1萬年後才能達到的境界。因此，從那時候開始，許多研究人員透過量子技術來解決各種採樣問題，表明了量子霸權時代來臨和其潛力，有望未來幾年處線更進一步的發展和創新。
- 量子糾錯（Quantum Error Correction, QEC）
量子計算機最急迫的問題，是量子位元對環境噪音和不完善控制而產生誤差的敏感性，導致儲存在量子計算上的數據損壞，影響其實際應用的狀況。因此，量子運算系統需要一種新的糾錯方法，而QEC正是可以減輕這一問題，並確保儲存的數據無誤，提高量子計算機的可靠性和準確性。而2016年研究人員也使用QEC延長了量子位元的壽命，證明出使用高效硬體的量子位元編碼，具有其優勢。
- 容錯量子運算（Fault-tolerant Quantum Computation）
原本為確保運算過程中，出現的錯誤不會累積，容錯量子運算使用量子糾錯碼（QECC）和容錯閘的組合，來檢測和糾正這些錯誤的方法，但其過程需要大量的量子位元。然而，在1998年和2008年發表的研究證明，容錯量子計算機是可被建造，稱為「量子門檻定理」（Quantum threshold theorem）。
- 量子隱形傳態（Quantum Teleportation）
自1997年以來，許多研究證明，光子、原子和其他量子粒子的量子隱形傳態，是唯一真實存在的傳送方式，正如2022年榮獲諾貝爾物理學獎的三位科學家，透過光子糾纏實驗，表明光子之間的隱形傳態是有可能的，因此，該方法可用於將量子訊息，從一個光子傳送至另一個光子，建構出量子的網際網路，實現長距離的糾纏分布，在安全通訊和無法前往訪問的環境中，執行量子運算的可能。
- 拓樸量子運算（Topological Quantum Computing）
拓樸學為數學的其中一個分支，而拓樸量子運算是一種理論模型，透過「任意子」
（anyon）的準粒子來編碼和控制量子位元，並建立在物質的拓樸特性之上，成為計算機的建構模型。拓樸量子位元可免於局部干擾，執行高精準度的操作，不易出現量子退相干的現象，能防止錯誤，成為容錯量子運算的最佳助力，同時對於建構實用且可擴展的量子計算機，有著至關重要的作用。
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