費秒生物造影

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託，泛科學企劃執行。

• 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦！這一集真的很「熱」，因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤！麵！包！

第一位華麗登場的，是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」，另外一位古意老實、動作慢條斯理的，則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決！

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅，其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好，是好快、好吃、好美！為何會這麼說呢？

食品添加物存在於食品中許久，早期因為食物加工技術不夠精良，為了食品安全無虞，便添加可以讓食物安定的添加物，延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等，因此，長期以來受到業者及消費者的偏愛。

不過，近來由於食安事件頻繁，食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷，在追求好吃、好快、好美的背後，卻可能造成身體上的負擔與健康風險！製造過程是否安全合理？乾淨衛生？也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭，消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份，開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒，能夠透過改善製程，有效減少添加物的必要性。終於，在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下，古意老實、耗費工時的無添加師傅，多年以後，開始受到矚目啦！

在這場世紀對決中，有添加師傅在民眾都還來不及反應時，就已經做好了熱騰騰的麵包，每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁，簡直是施了魔法一樣！但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包，難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎？

反觀無添加師傅，他按部就班的從麵粉開始精心挑選，接著再逐一加入可以溯源的材料，接下來，順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了，無添加師傅仍然不為所動，他循序漸進，寧可耗時製作，堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持，那是因為他秉持著麵包不用任何添加物，不講求快速便利，用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法，做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃，更重要的是每一口都吃的健康又安心！

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮，無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過，當評審們吃下麵包後，外表質樸的無添加師傅，竟然擄獲了評審們的心！

怎麼辦到的呢？這是因為花了較多時間製作的無添加麵包，保濕度較佳，口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐，會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊！他不同於外表上看起來質樸敦厚，只要用心切開，裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果，是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是怎麼來的？

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福，2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」，也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」，更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序，取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」，並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包，都只能做到製程及配料上的無添加；而追求極致的家樂福，自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始，掌握源頭，做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範，取得 A.A. 無添加標章，第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包，嚴選在地好食材、講求動物福利，選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢，以醜蔬果製作配料，減少食材浪費，更導入環保包材，友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決，我們看到了，天公疼憨人，穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程，受到消費者的青睞——這一場對決，由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包，「無添加師傅」獲勝。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《為什麼量子電腦這麼難懂？大概就跟 60 年前要聽懂原子筆一樣難！——專訪旺宏電子盧志遠總經理》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜陳儀珈

近代知名的理論物理學家理查．費曼 （Richard P. Feynman）曾經說過一句名言：
「我認為，沒有人能真正了解量子力學！」
（I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics.）

量子力學到底是什麼？為什麼量子力學可以這麼難懂？最近夯翻天的量子電腦，又是怎麼一回事呢？

中央研究院盧志遠院士不僅曾擔任交通大學教授、 AT&T Bell Lab 計畫主持人，回國後至工研院電子所、經濟部次微米計畫專案總主持人，也投身產業界，先後擔任世界先進積體電路公司、欣銓科技公司、旺宏電子公司等高階決策及董事會團隊，榮獲工研院院士、世界科學院院士、美國國家發明家學院院士、總統科學獎等榮譽，在產、官、學、研四方均有崇高的成就與地位。

因此，科技大觀園特別邀請盧志遠院士，透過訪談，為我們解開量子科技的神秘面紗。

我談的是足球場，你卻在講足球

盧志遠表示，量子力學會這麼難懂，跟我們看世界的「尺度」有關，當我們看世界的尺度不一樣了，很多看起來應該要很怪的現象，都會變得不奇怪了。

以人類的視角為例，雖然人類在地球上生活了這麼久，但我們的視野實在是太小了，小到仍有許多人認為地球是平的，對許多人來說，要想像自己住在一顆大圓球上，這真的是太怪了！

在當今科學界由人類發展出來的理論中，古典物理適合解釋人們生活的範圍，相對論擅長處理大世界的、天文物理的現象，而量子力學則專門處理「小世界」的問題。

以我們最熟悉的古典物理為例，在地球人生活的範圍和尺度中，以牛頓力學為基石的古典物理都是沒有問題的、具有解釋力的，然而，當我們的眼光放大到整個銀河系時，古典物理就不行了。

同樣的，當我們把視野縮得非常小，小到原子以下時，即使牛頓復活，他與他的運動定律對微觀尺度的現象也將無可奈何。

這些尺度的差異，就像是足球場與足球，甚至是足球場與一滴汗水的大小差異一樣，當尺度不同時，我們看到的現象與解釋方法也會不盡相同，這也就是人們「難以搞懂量子力學」的真正原因，畢竟，量子力學談的東西真的太、小、了！

那些年，讓科學家黑人問號的商品

面對近期出現的「量子」商品，盧志遠笑著問道：「你們有沒有想過，為什麼原子筆要叫做『原子』筆？」

1960 年代左右，當原子筆準備從歐美進入中文市場時，原子筆尚未擁有自己的中文名稱。

然而，在原子彈、原子能源崛起的年代，「原子」在當時是非常高科技、前端的科學名詞，這種新產品又是當時最新潮、最高級的文具， 因此廠商將其命名為「原子筆」，象徵它是一種尖端科技下的高檔文具。

也就是說，原子筆會叫做原子筆，單純只是因為「原子」聽起來很潮。

看到這裡，你是否感到無言以對？隨著科學進展、科學教育普及，接受過十二年國教的我們都知道，「原子」不過就是組成物質的基本結構之一。

原子鍵盤、原子衛生紙、原子杯？天哪！根本一點邏輯都沒有啊！

從原子筆的故事中，我們不難發現，面對「新穎、陌生的科學名詞」時，一般大眾時常抱持著憧憬嚮往、高科技的想像，為了吸引消費者的目光，各大廠商也會為自家產品，冠上這些根本毫無邏輯可言的名詞，濫用新穎的科學概念，像是太空被、磁場面膜、量子假睫毛、AI 牙刷等等。

一顆量子？「量子」根本不是一個東西！

盧志遠感慨道，大約每過十年，就會有產品都會被冠上類似的新名詞，而廠商會透過這些科學名詞，讓大家覺得它們的商品很新鮮、有力量又性感。

近年來，量子力學逐漸走入大眾視野，由於量子力學艱深又新穎，就如同原子筆一樣，許多錯誤的理解和誤用逐漸浮現在世人眼前，例如，市面上已經有許多民生用品、心理諮商的服務被廠商冠上「量子」的名義，甚至以為量子就像是一顆一顆原子一樣，誤將量子當作實體的名詞。

事實上，量子（Quantum）並不是一個「子」，而是一種物理學概念，可以描述物質也可以描述能量。

如果一個物理量存在最小的不可分割的單位，那麼這個最小單位就稱為量子。例如在微觀的世界中，能量的狀態是不連續的，是由一小塊、一小塊能量所組成的能量，而這個最小且不能分割的能量狀態，就是量子。

因為人的世界是巨觀、是連續的，所以不能體會微觀的世界，在巨觀解析度不夠的情況下，才會誤認能量是連續的。就是因為量子是如此的微小，這麼巨大的人類，又怎麼能輕鬆弄懂「量子疊加態、量子糾纏」呢？在我們人類自身尺度、溫度等各種環境中，如此的觀念或現象是極少能夠被體驗的！

既然搞不懂，量子電腦又是怎麼來的？

想必大家都有聽過「量子電腦」的鼎鼎大名，甚至耳聞「量子霸權」這等氣勢恢弘的名詞，可是，之前費曼不是說過沒有人可以搞懂量子力學嗎？既然如此，量子電腦又是怎麼做出來的呢？

簡單來說，就是「縱使相當多科學家不完全懂，但是每一個人都會用」。

大家一定都有過「我不懂這個公式從哪來，但是我知道怎麼用」的經驗，就算我們已經忘了如何推導橢圓公式，也搞不懂橢圓公式的原理，但高中生都可以靠著公式，有效解決數學考卷上的各種題目。

又好像每個人都在滑手機，但對於手機裡的中央處理器及高階 3D 記憶體是甚麼東西？相互作用的原理又是甚麼？不要說一般人，可能連非本科的專家都參透不多。

雖然不懂原理，我們一樣可以把手機功能用的淋漓盡致，讓每個人都可以是傳說中具有神力的千里眼順風耳。

而量子電腦也是類似的概念，雖然我們距離完全了解量子力學還有很長遠的距離，還好的是，只需要少數專家皓首窮經了解深層原理與細部操作後，其他領域的專家或工程師就只需要知道在哪些特殊條件下，物質會呈現出量子力學的某些明顯特徵，並且運用這些特徵來進行計算，這樣就足夠推使人類科技應用及生活便利性往前進一大步。

現行量子電腦大多使用低溫環境滿足量子運算的條件，當量子電腦在接近絕對零度的極端低溫環境下時，每個原子的平均動能都非常低，不會破壞別人的量子態，如此一來，科學家就可以操縱在量子現象出現的環境中，藉由量子的疊加態、糾纏、測量等現象來完成特殊的量子運算。

量子電腦有什麼特別的？

比起傳統數位電腦，量子電腦處理資訊的方式完全不一樣，在處理特定問題時，不僅運算力更強，計算速度也會更快。

那是因為量子電腦可以多個量子位元平行處理，不像數位電腦只能序列性、一條一條路徑依序運算。

數位電腦透過0、1的二進位來進行運算，若我們想要讓數位電腦變得更快，就必須勤能補拙，使每單位運算的速度倍增，如果今天的數位電腦一秒鐘可以算一百萬次，未來，我們就要努力讓它在一秒鐘內算上一億萬次。

然而，數位電腦其實並不「聰明」，舉例而言，當我們向電腦要求「從臺灣大學找出一條最快抵達哈佛大學的路線」時，數位電腦會列出所有的路線，再找出旅行時間最短的路線，縱使數位電腦每秒鐘速度已達億萬次以上，要尋找這麼多的途徑，還是得花上很長的時間，有時需要萬年甚至比所謂宇宙生命更長的時間，也就是說，沒辦法解答！

但若以量子電腦來解決相同的問題，則量子位元可以將所有路徑一次性平行處理、同時計算，因此速度將變成指數式（量子位元數）的倍增。

而量子電腦則因為量子位元的特性，當位元數為 n 個時，比起傳統電腦的 n 或是 2n， 量子電腦的訊息空間為 2 的 n 次方，具有指數性成長的優勢，面對越困難複雜的問題，越能顯現量子電腦驚人的威力。

換句話說，量子電腦真正的威力並非計算速度較快，而是能夠平行處理問題。

量子科技興起，我們該如何應對？

2019年，Google與合作團隊提出了量子霸權（Quantum supremacy）的概念，並聲稱自己 53 量子位元（Qubit）的量子電腦達到了量子霸權的境界，可以處理傳統電腦無法處理的難題。由此可知，量子科技是將來的重要發展趨勢之一，我們可預期量子科技一定會對臺灣科技業造成很大的影響。

針對臺灣的未來，盧志遠保守的說，雖然臺灣擁有優秀的高科技人才、半導體產業，但我們只能說在量子科技領域中臺灣沒有處於劣勢，但也無法預期具備什麼明顯的優勢。因為一個從原理、技術、機器設備或使用材料都可能不同的新科技，過去的成功經驗不一定能完美複製，屆時產業及政經環境可能都有不同，既有的優點，有時反而造成拖累，此種現象，在科技破壞性替代時，曾經屢屢出現。

但也因為量子科技是無法迴避的趨勢，我們該如何應對？

以半導體產業做比喻，半導體產業粗分 IC 設計、晶圓製造、封裝、測試，同時需要許多高科技設備和原物料相配合，從結果來看，並沒有單一個企業能夠在不同領域都獲得成功、稱霸一方。

因為每個領域所需的專業技術或營運能力不同、投資也不同，如果同樣概念也適用量子科技產業，企業或國家都應該檢視自己的特長，隨時保持警覺，在最適當時機將有限資源投入最好的運用。

但即使量子科技浪潮來襲，盧志遠認為年輕人並不需要著急、也不需要跟風。可以選擇站在浪尖，也未嘗不可只在岸邊觀潮。

投入量子科技的科學研究，或是關注量子科技趨勢、使用量子科技帶來的成果與便利，創造因量子科技帶來的新應用領域，以破壞性創新發明新商業模式，可能反而是最大的機會。

就個人前途而言，應分析並認識自己的特質與人格找到屬於自己的方向，好好鑽研、好好做事。「成功」的最終門檻，仍然是內心的狂熱和喜歡。

參考文獻

• Arute, F., Arya, K., Babbush, R., Bacon, D., Bardin, J. C., Barends, R., … & Martinis, J. M. (2019). Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature, 574(7779), 505-510.
• 張元翔（2020）。量子電腦與量子計算｜IBM Q Experience實作。碁峰。
• Even Physicists Don’t Understand Quantum Mechanics

說到原子量大家可能想到的就是什麼氧是 16、碳是 12……之類的元素與數字的關係，但你知道為什麼氧是 16 碳應該是 12 嗎？又或者原子量到底要用來幹嘛的呢？我想大部分的人在課堂中並不會得到比較具體的答案，所以筆者想在這裡和大家聊聊原子量到底是什麼。

原子量其實就是「一顆原子的質量」，今天如果想要測量一個物質的質量，通常是把物質放到天秤上來測量，但若要把「一顆原子」放到天秤上測量質量，並不是不可能啦，但這就要用到 2018 年的諾貝爾物理學獎的「光聶」技術，才有可能做到（當然，還有要用什麼砝碼來跟「一顆原子」平衡，什麼樣的天秤才足夠靈敏之類的問題）。

有趣的是，早在 18 世紀末期，原子量就出現了！還有具體的數字以及對照表（雖然說跟現在比起來有不少的誤差），兩百多年前可沒什麼「光聶」可以用，想必當時的科學家肯定不是用天秤量出「一顆原子」的質量，那這些原子量是怎麼出現的呢？

當年「元素」是物質的「最純形態」

在 18 世紀後期，科學家們將組成物質的「最純型態」叫做「元素」，而組成物質的「最小單位」叫做「原子」，在十八世紀以前雖然有「原子」這種講法，但當時「原子」與我們現在所學的概念並不相同，在更早以前的人認為所有的物質拆到最小都會是同樣的原子小球，會有不同元素的差異是因為原子排列方式的不同所造成。但其實「每種元素都有屬於自己的原子」，像是氫就有氫原子、氧就有氧原子，你是什麼元素就會決定你是什麼原子。

而這些概念的確立就要討論到 18 世紀末期科學家陸續發現的「定比定律」以及「倍比定律」兩大定律。

定比定律是同一種化合物他裡面的成分質量比都會是固定的，以水為例，水中含有氫與氧，但不管是你的合成水或是野外裝到的水，他的質量比都會是 1：8，這就好像上帝的食譜一樣，每個化合物都會有自己的元素配方和指定的質量比例。

而倍比定律呢？則是成份元素如果種類相同的話，每種物質他們的相同的元素也會出現簡單的整數比關係，舉例來說甲烷和乙烯，兩個都是由碳與氫組成的化合物，這時候分析裡面碳與氫的質量組成比例，就會發現當我碳固定質量時，甲烷和乙烯的的氫質量比就會呈現 2：1。

瞭解這兩個原理之後，科學家發現了相同化合物裡面的元素質量，和不同化合物的元素質量之間，都有著微妙的比例關係，但他們有一個問題遲遲無法解決，那就是不同元素的「一份」應該分別是多重。這時英國科學家道爾吞在 1803 年開了第一槍，他將化合物分為最簡單的二元 (AB)、三元 (A₂B or AB₂) 以及四元 (AB₃ or A₃B)，並簡單粗暴的認定如果 A、B 兩種元素組合後只能有一種化合物的話，那這種化合物就會是一比一組成的二元化合物。現在看來這個判斷稍嫌武斷，但如果道爾吞沒有這樣定義的話原子量的概念就不會這麼早出來。

道爾吞依據前面的兩個定律與他提出的組成原則，將化合物中通常質量比數字都是最小的氫定為原子量 1（雖然現在我們的氫也是 1 但與這時的氫原子量概念並不完全相同），並以此為基準做了大量的原子量計算，像是根據氨的重量分析，其中氫和氮的重量組成 20：80，那依照上面氫原子量是一的情況下，氮的原子量就是 4（現在看是錯的喇因為當時他認為氨是 NH 但事實上氨是 NH₃），又或者是根據水的重量分析，其中氫與氧的重量組成是 15：85，所以氧的原子量是 5.66，又在用氧的原子量去分析碳酸氣（二氧化碳），得出碳的原子量就是 4.5，以上述的原子量推定方式來看就可以知道原子量並不是一個絕對的數字，而是一個相對質量的概念，所以原子量又可以稱之為相對原子質量。

不過你可能會覺得 18、19 世紀的原子量跟我們現在學的數字根本就不一樣，但這又是另一個故事了，我們暫且打住。不過原子量的測定邏輯，基本上還是從道爾吞製作的第一張原子量表延續到現在，其概念就是「既然我們無法抓一顆原子來測定他的質量，我們還可以找出物質化合的質量比例，來找出不同元素的原子之間他們的相對質量」而這就是原子量的基本概念。

相關科學史事件

•  1789年 愛爾蘭化學家希金斯發表《燃素與反燃素理論的比較》，除了支持拉瓦節的觀點外，他也推測原子只能按一定比例進行化合
• 1792~1802年 李希特(J.B Richter)提出定比定律
• 1799年 法國藥劑師普羅斯用人工與天然的鹽基碳酸銅去做測定，確定定比定律
• 1800年 戴維在《化學和哲學研究》分析了N₂O、NO、NO₂的重量組成(倍比定律的起始)
• 1801年 貝托萊在《親和力之定律的研究》中反對定比定律
• 1803年 道爾吞在論文中假定原子按簡單比例化合
• 1804年 道爾吞分析甲烷和乙烯之比例，提出倍比定律
• 1808年 道爾吞出版《化學哲學新體系》

參考資料

1. 化學通史 – 凡異出版
2. 化學史傳 – 商務印書館