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

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文轉載自顯微觀點

在古典科學觀念中，材料在物理學上的內含性質（intensive property）就如同它們的指紋，足以辨識材料成分的身分、本質，不會因材料大小、形狀而改變。但是 21 世紀的科學家卻發現，將材料剝離分解到無法更薄、僅剩 1 層原子厚的二維平面，竟會出現超導體、超流體、活躍強健的激子等奇特現象，與原本的物理性質大異其趣。

這種新興的「二維材料（2-dimensional materials）」物理不僅召喚著科學家的濃厚好奇心，也具備科技創新的潛力。要探究二維材料這些超越既有材料科學認知的神祕特性，就要從量子世界中的電子行為「能帶理論」談起。

決定材料性質的電子能帶

能帶理論（Energy Band Theory）是以高低不同的「能量帶」空間觀念，對晶體中的電子行為進行解讀：電子平時處於能量較低的價電子帶（亦稱價帶，covalence band）。此能帶的電子受到原子核束縛，不能自由運動，且許多電子塞滿其中，沒有流動空間，因此價帶中的電子不能導電。

若從外來光子獲得足夠能量，電子會躍升到傳導帶（亦稱導帶, conduction band），在此空間充沛的能帶，電子能夠自由移動，在外部電場的作用下形成電流、展現出導電性。

導帶、價帶之間的能量帶稱為「能隙（band gap）」，是電子無法停留的能帶位階，不同種類晶體的能隙大小不同，電子由價帶升往導帶的難易度因此相異。若價帶電子得到的外來能量並未超過能隙大小，就沒辦法升往導帶。

金屬晶體具有極小的能隙，某些金屬的導帶與價帶甚至重疊，因此電子可以輕易進入導帶，展現出良好導電性。而絕緣體的能隙極大，電子難以躍升到導帶，因此困在價帶，無法導電。半導體介於金屬與絕緣體之間，在適當的能量激發或能隙調整下，就能展現導電性，人類得以調控電訊號。

備受眾望的石墨烯，終究因為其沒有電子能隙、導電性過佳，難以成為實用的半導體材料。但是另一種二維材料：過渡金屬二硫族化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMD）卻展現出了可調控的導電性，讓半導體產業界的希望之火繼續燃燒，也為物理學界展開寬闊的未知境地。

未來的超級材料：TMD

TMD二維材料的大型原子之間具有原子核、電子的相互作用，產生一般材料罕見的超導特性與巨磁阻，成為具備高潛力的半導體材料。從上方觀察，TMD如石墨烯一般形成六角形晶格平面，但從側面看，會發現上下兩層硫族原子將金屬原子夾在中央，猶如一個原子三明治。

在TMD的原子三明治菜單上，二碲化鎢（WTe₂）、二硫化鉬（MoS₂）、二硫化鎢（WS₂）、二硒化鉬（MoSe₂）、二硒化鎢（WSe₂）等，都是極具潛力的二維層狀半導體材料。

這些潛力TMD與石墨烯相似的不僅是晶格排列模式，同時它們也具有強力的層內共價鍵與薄弱的層間凡德瓦力，這種力量分配讓它們更容易剝離成單層結構。相較之下，其他材料（例如純金屬）通常具備延伸共價鍵或金屬鍵，材料塊不容易層層剝落、難以形成單層二維材料。

TMD 單層分子平面成形之後，電子能帶結構會從原本的間接能隙轉變為直接能隙，使互相吸引的導帶電子與價帶電洞（即為激子）結合時直接放出光子。在間接能隙結構中，激子結合的能量會轉換為熱能，不利於能量或訊號傳輸。單層 TMD 的直接能隙則讓它們在光照之下，可以透過電子活動而激發出螢光，成為光致發光（photoluminescene）的良好材料。

矽或鍺等等電子元件常見材料，在二維狀態下依然保持間接能隙，能量會化為熱能，不會轉換為光。因此 TMD 二維材料取代傳統材料，成為產業界創新光電材料的希望所在。

透過顯微操作，科學家更利用 TMD 的層間凡德瓦力，將不同的 TMD 二維材料疊合、錯位，形成異質結構（Heterostructures），透過材料堆疊位置調整電子能帶，產生如超導體或莫特絕緣體等特殊物理現象。就像在玩奈米尺度的樂高積木，只是成果比樂高更令人驚奇。電子在異質結構中產生的新奇行動模式，有機會應用在量子計算、奈米元件等領域。

此外，TMD 二維材料本質上比石墨烯更加特殊之處，是其中的金屬原子質量較重，導致更強的電子自旋-軌道耦合（Spin-Orbit Coupling, SOC）效應，於是 TMD 在 2 個電子能谷（Energy Valleys）中表現不同的電子特性，使科學家能夠操縱電子的「谷自由度」來進行訊號傳輸（類似1與0的二進位訊號）。

透過不同於傳統半導體的超導、絕緣、谷電子學性質，TMD 二維材料可以提供極快速、低耗能的訊號調控與傳導，在小於奈米的空間中，也能保持訊號精確。此外，由於激子的活動現象，二維材料也更有機會實現利用光子傳輸訊號的計算機元件。

在家裡研究量子物理

提及激子的研究方法，台灣大學人工低維量子材料物理實驗室（Quantum Physics of Artificial Low-dimensional Materials Lab, 又稱 QPALM 實驗室）主持人陳劭宇解釋，雖然量子力學被多數人視為難以捉摸的神秘領域，但製作二維材料的方法卻可以非常貼近日常生活。

陳劭宇說，「我們實驗室最常用來製作二維材料的工具，你一定也用過，就是有名的 Scotch Tape 法。」

Scotch Tape 法又稱機械剝離法（exfoliation）：使用膠帶黏住小塊材料，材塊對面再以膠帶黏貼，接著將兩側膠帶撕開，就會將材料一分為二。如此反覆黏撕，最後出現極為單薄的單層二維材料。這也是當年海姆（A. Geim）與諾沃蕭洛夫（S. Novoselov）將石墨塊製作成單層石墨烯、邁向 2010 年諾貝爾物理學獎的方法。陳劭宇團隊則更進一步，對各種材料塊採用不同的膠帶，以得到最佳的剝離效果。

若你在生活百貨結帳時遇見購買各式膠帶的顧客，除了封箱收納，他也可能是位準備動手研究量子物理的科學家。

得到單層材料之後，科學家透過顯微操作將其放上六方氮硼（h-BN）等基材，再加熱使膠帶與二維材料分離。材料與操作方法相當平易近人，卻可以結合顯微觀察、拉曼光譜等方法從中測得奇妙的量子物理現象。

陳劭宇回憶道，「這是可以自己『在家動手做』的物理研究，在 COVID-19 疫情嚴峻隔離的時候，我們輪班工作、不能持續待在實驗室。只好自己組裝一台顯微鏡，用不同的光線觀察二維材料，竟因此發現某些材料在特定顏色光照射下，才有辦法清晰觀測。」

這個發現雖然尚未發表，但也成為他的實驗秘技之一。而當時「在家動手做量子物理」的研究過程也錄製成影片，作為疫情期間透過網路推廣科學的素材。

在二維材料研究中，材料層數是最重要的數字，而光學顯微鏡就在材料層被剝離後，擔任檢驗的工具。陳劭宇說，不同的材料有各自適合的顯微觀察方式，從常見的穿透光、反射到微分干涉（DIC）顯微術都是他會採用的方法。

確認材料層數之後，便能以光、電與材料互動，或是疊合異質材料，並以顯微鏡或拉曼光譜儀觀測，針對觀測結果進行運算，實驗人員可以得知二維材料的激子束縛能、能量轉換、導電性等物理特質。

例如，因為二維材料的層間空間極小，因此受到激發的電子可能移動到相鄰的異質材料層，而其相應的電洞還停留在原本材料層，電子與電洞在不同材料層互相吸引，形成奇妙的跨層激子（interlayer excitons），產生新穎的電學、光學、磁學現象。

陳邵宇舉例，暗激子的超流體狀態就是其中一種神奇現象。他說，「超導體的節能來自於傳輸電荷時不耗能，而超流體則是粒子移動時不耗能。若能控制超流體狀態的激子，我們就能得到超級節能的元件。」

陳劭宇闡明，超流激子在理論上已被預測，但還沒有人在實驗中成功操縱這項性質。他表示，控制超流激子是物理學界共有的、也是他個人追求的遠大目標之一。二維材料中包含超流體、高效率光電轉換等特質，為未來科技開創了廣大的可能。在陳劭宇等物理學家的持續投入下，我們有機會親眼見到他們利用輕於鴻毛的二維材料，實現宏大的未來科技。

（更多深入淺出的二維材料知識，請看降維展開新宇宙：陳劭宇和激子物理）

參考資料

• Paylaga, N.T., Chou, CT., Lin, CC. et al. Monolayer indium selenide: an indirect bandgap material exhibits efficient brightening of dark excitons. npj 2D Mater Appl 8, 12 (2024).
• 二維量子半導體中的激子物理
• 二維材料：未來科技的新前沿

量子點：從顯示技術到量子計算的革命

顯示面板的技術一直在進步，從最早的液晶顯示（LCD），到日益火熱的 MiniLED，再到正在被熱烈研發中的 MicroLED。隨著像素越來越小，螢幕畫質的進步讓人驚嘆不已。然而，現在有一項技術，它並非透過縮小像素來提升畫質，而是以更純淨的顏色帶來視覺上的革命—那就是「量子點技術」(Quantum Dot)。

量子點技術不僅為我們的螢幕帶來更好的顏色，甚至還有可能在量子電腦的未來發展中扮演重要角色。究竟這些小到幾奈米的半導體晶體是如何改變我們的世界？

什麼是量子點？

量子點是一種半導體奈米晶體，其直徑僅為幾奈米大小，也就是僅包含數百到數萬個原子。在這麼小的尺寸下，量子力學的奇妙特性開始影響顆粒的物理性質。這些量子點能夠吸收特定波長的光，並根據自身大小發射出頻寬極窄的單色光。這也意味著，透過控制量子點的大小，我們可以精確地調整它所發出的顏色。

這項技術在顯示領域中得到了應用，稱為量子點顯示技術（QLED）。QLED 螢幕通常使用藍光 LED 作為背光源，再經由塗有量子點的薄膜來產生鮮艷的紅光和綠光，以此混合出更飽和的色彩，並提供更廣的色域。此外，由於減少了傳統彩色濾光片的使用，QLED 螢幕也更為省電且光效更高。

MiniLED 與 MicroLED 的比較

要了解量子點技術的優勢，我們首先需要認識當前的顯示技術：MiniLED 與 MicroLED。

MiniLED 雖然名字聽起來和 MicroLED 相似，但它們的工作原理和應用有所不同。MiniLED 屬於有背光結構的面板，主要用於電腦和電視螢幕市場。它的顯色能力優秀，且通過調整背光區域的亮度，可以產生高對比度的畫面，甚至能呈現比傳統 LCD 更黑的黑色。

相比之下，MicroLED 則是無背光的技術，利用紅、綠、藍三種顏色的小燈泡直接發光，這些燈泡小到可以嵌入每個像素中。因此，MicroLED 的螢幕結構更薄，並能減少顏色劣化問題。然而，由於技術難度高，MicroLED 目前仍處於開發階段。

量子點的顯色技術有多特別？

傳統的顯示技術中，無論是 LCD、MiniLED 還是 OLED，它們的色彩顯示都需要依賴彩色濾光片來混合光源。而量子點技術則不然。量子點可以根據顆粒的大小發射出精確且純淨的單色光，其顏色純度遠超傳統濾光片。

量子點的神奇之處在於，同一種材料可以隨著顆粒尺寸的變化而發射出不同的顏色。這意味著我們只需要製造出不同大小的量子點，就可以得到紅、綠、藍三原色的高純度光源，進而混合出更加鮮豔的色彩。這種「大小決定顏色」的現象，正是量子力學中能階與顆粒大小之間微妙關係的體現。

量子力學與量子點的關聯

量子點的顏色之所以能隨顆粒大小改變，是因為量子點內部的電子受到能階的限制。在半導體材料中，電子的能量可以分佈在幾個不同的能階上，當電子從高能階回到低能階時，會以光的形式釋放出多餘的能量。而量子點的尺寸越小，電子能佔據的能階也越少，因此當電子釋放能量時，會放出更高能量的光子，這也導致了更短波長的光，比如藍光。

諾貝爾化學獎與量子點的製備技術

早在幾千年前，工匠們就已經能透過加入不同的金屬粉末來製作出不同顏色的玻璃，但他們並不知道背後的原理。直到 1980 年代，科學家們才發現，這些顏色變化與量子效應有關。2023 年的諾貝爾化學獎，正是授予了對量子點研究做出重要貢獻的三位科學家（分別為巴汶帝 ( Moungi G. Bawendi )、布魯斯 ( Louis E. Brus ) 和艾吉莫夫 ( Alexei I. Ekimov )），他們開發的技術讓量子點的製造變得更加容易且精確。

其中，蒙吉·巴文迪（Moungi Bawendi）開發的製程可以在溶液中精確控制量子點的大小，這使得量子點的性質與應用變得更加穩定且可預測，從而加速了量子點在顯示技術和其他領域的商業化應用。

量子點在量子電腦中的應用

量子點的應用並不僅限於顯示技術。由於它們能夠透過改變大小來調控各種物理特性，因此又被稱為「人工原子」。這使得量子點在量子電腦中也有巨大的潛力，特別是在儲存與處理量子位元資訊方面。

量子電腦與傳統電腦不同，其運算依賴量子位元，而量子位元可以同時處於多個狀態。要讓量子位元的狀態穩定且能長時間儲存，是量子電腦硬體設計的一大挑戰。量子點因其特殊的能階特性，有望成為量子電腦中儲存量子位元的理想材料。

量子點技術的未來

量子點技術的出現，不僅改變了我們對顯示面板的認知，也為量子計算領域帶來了新希望。隨著技術的進一步成熟，量子點在顯示技術之外，還有可能應用在更多的高科技領域，如光學感測、生物醫學標記等。

如果你對量子點的應用充滿好奇，不妨繼續關注相關的技術發展。也許有一天，這些微小的「人工原子」會成為推動科技變革的核心力量，為我們的生活帶來更多的驚喜和便利。

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• 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

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• 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