近年量子科技的运用中，量子电脑因较古典电脑具强大的运算能力及重量级应用，受到全世界各国与高科技厂商极大的关注与投资，学术界与产业界更掀起研发热潮。量子电脑发展过程中，量子位元控制读取电路是关键因素，并大量仰赖半导体製程与电路设计相关的尖端科技。

经济部技术处运用科技专案计画推动关键产业技术，结合台湾半导体产业优势，发展控制与读取量子位元的「低温电路关键模组」，提供「通用量子电脑」面临扩充性困难时的解决方案。在量子电脑产业初期投入资源，进行突破性的研究与开发，有助台湾在第二次量子革命的浪潮中站稳关键位置，持续树立半导体产业的领先地位。

现在主流的「通用量子电脑」硬体製作方式有三种：超导体、离子阱及量子点。其中，超导体量子位元在製作及可扩充性上都有较佳的发展可能性，是最有机会商业化的技术。IBM与Google在全球通用量子电脑领域居领先地位，2021年底IBM发表127量子位元（qubit）超导体量子电脑「Eagle」，并提供全世界研究单位做为量子演算法实际运算的场域。

超导体量子位元极脆弱，易受环境杂讯干扰，使储存于量子位元的资讯发生错误。因此超导体量子位元需在10mK冰箱（零下273°C稀释冷冻机）的环境下操作，以降低环境热辐射的影响；即便在低温环境下运作，超导体量子位元仍须由数个量子位元形成一个单元，藉由彼此的互相耦合来进行错误更正，才能使量子位元的错误率降低至可使用的范围。在此情况下，一台可以解决真实问题的量子电脑，估计需由数万甚至数百万个量子位元数构成方能达成。

超导体量子电脑中，每一量子位元需要透过导线传送频率为4-10GHz的微波讯号进行控制，使量子位元内部的资讯处于0、1或是0与1的叠加状态。当计算结束后，再以微波读取量子位元的状态。

与古典电脑不同，量子位元控制与读取的导线是各自独立，且无法与其他量子位元共用。若超导体量子位元数增加至数万或是数百万个时，随着由室温进入冰箱的导线数目增加，将可能引入更多的环境杂讯，造成负面影响。

低温电路模组（CryoCMOS circuit）是最被期待可解决此问题的方式。将产生微波讯号的仪器设备，微缩成单一的低温控制读取模组，操作于冰箱中温度4K的区域，仅须透过少数的数位讯号传送命令至低温模组，由模组直接发送微波讯号，操控与读取量子位元内部资讯，大幅降低引入冰箱的导线需求，阻绝环境干扰。

目前量子电脑研发仍处于早期阶段，在处理真实世界的问题前，扩展量子位元数目的製程技术上仍有些问题须克服。但在技术处科专支持与产业推动下，台湾应能发挥半导体上的优势，在量子电脑技术上弯道超车，再创新局。

 

• 新闻出处 : 经济日报 吴志毅