近年量子科技的運用中，量子電腦因較古典電腦具強大的運算能力及重量級應用，受到全世界各國與高科技廠商極大的關注與投資，學術界與產業界更掀起研發熱潮。量子電腦發展過程中，量子位元控制讀取電路是關鍵因素，並大量仰賴半導體製程與電路設計相關的尖端科技。

經濟部技術處運用科技專案計畫推動關鍵產業技術，結合台灣半導體產業優勢，發展控制與讀取量子位元的「低溫電路關鍵模組」，提供「通用量子電腦」面臨擴充性困難時的解決方案。在量子電腦產業初期投入資源，進行突破性的研究與開發，有助台灣在第二次量子革命的浪潮中站穩關鍵位置，持續樹立半導體產業的領先地位。

現在主流的「通用量子電腦」硬體製作方式有三種：超導體、離子阱及量子點。其中，超導體量子位元在製作及可擴充性上都有較佳的發展可能性，是最有機會商業化的技術。IBM與Google在全球通用量子電腦領域居領先地位，2021年底IBM發表127量子位元（qubit）超導體量子電腦「Eagle」，並提供全世界研究單位做為量子演算法實際運算的場域。

超導體量子位元極脆弱，易受環境雜訊干擾，使儲存於量子位元的資訊發生錯誤。因此超導體量子位元需在10mK冰箱（零下273°C稀釋冷凍機）的環境下操作，以降低環境熱輻射的影響；即便在低溫環境下運作，超導體量子位元仍須由數個量子位元形成一個單元，藉由彼此的互相耦合來進行錯誤更正，才能使量子位元的錯誤率降低至可使用的範圍。在此情況下，一台可以解決真實問題的量子電腦，估計需由數萬甚至數百萬個量子位元數構成方能達成。

超導體量子電腦中，每一量子位元需要透過導線傳送頻率為4-10GHz的微波訊號進行控制，使量子位元內部的資訊處於0、1或是0與1的疊加狀態。當計算結束後，再以微波讀取量子位元的狀態。

與古典電腦不同，量子位元控制與讀取的導線是各自獨立，且無法與其他量子位元共用。若超導體量子位元數增加至數萬或是數百萬個時，隨著由室溫進入冰箱的導線數目增加，將可能引入更多的環境雜訊，造成負面影響。

低溫電路模組（CryoCMOS circuit）是最被期待可解決此問題的方式。將產生微波訊號的儀器設備，微縮成單一的低溫控制讀取模組，操作於冰箱中溫度4K的區域，僅須透過少數的數位訊號傳送命令至低溫模組，由模組直接發送微波訊號，操控與讀取量子位元內部資訊，大幅降低引入冰箱的導線需求，阻絕環境干擾。

目前量子電腦研發仍處於早期階段，在處理真實世界的問題前，擴展量子位元數目的製程技術上仍有些問題須克服。但在技術處科專支持與產業推動下，台灣應能發揮半導體上的優勢，在量子電腦技術上彎道超車，再創新局。
 

• 新聞出處 : 經濟日報 吳志毅