SEMICON 2019国际半导体展:从台湾角度如何看量子计算机发展?

随着科技的发达,人类对运算的要求越来越高,运算能力超越现今超级计算机的量子计算机日益受到重视。从破解目前的RSA加密技术、通过仿真分子与交互作用来开发新药与材料、加速机器学习与数据分析工作到搜索大数据等,量子计算机对各产业应用都将带来巨大冲击,而日前IBM发布了支持53量子进制(qubits)的量子计算机,是目前运算能力最大的计算机,震惊全世界。

在今年SEMICON Taiwan 2019国际半导体展,由科技部以及台湾大学共同举办的“量子计算机:预见未来运算世界”论坛邀请产学各界专家一同讨论,从台湾角度来看量子计算机的未来发展,以及将来该如何从技术转变成产业的观点分享,吸引各界产业菁英前来共襄盛举。

首先旺宏电子总经理卢志远博士以产业的观点看量子计算机所带来的破坏性与革新,他分享半导体过去六十年的发展,莫尔定律带领着半导体集成电路的蓬勃增长,研究人员克服各种困难,由技术逐渐转变成产业,台湾因而在这半导体制造业中占举足轻重的角色,同样地将半导体业成功的模式应用在未来的量子计算机产业,卢志远提出以下三个前提:第一、针对量子现象需有一个有效理论,也就是工程计算的工具要简化、有效。第二、要有可支持的材料与设备,台积电因为拥有先进的机器设备,因而能持续处于业界领先地位,所以设备工具的产业要能发展起来。第三也是最重要的是需要找到非用不可的杀手级应用,让量子计算机技术可以寄生并继续进化。

硅基半导体量子计算机还是超导体量子计算机胜出?

接着台大物理系管希圣教授由其自身和研究室的研究成果开始,分享学术上硅量子点(Silicon Quantum Dots)的量子计算机发展过程与现状。由于晶体硅体的特性,目前所开发半导体式的量子计算机只能做到1、2 qubit的量子计算机,但是业界对硅量子点的量子计算机,尤其是台湾对此硅基量子计算机(Silicon-based Quantum Computer)持非常正面的态度,因超导体做成的量子计算机由于物理特性必须在绝对零度中工作,加上材料昂贵等原因,距离商业化量产仍有很长的一段路要走。相对于超导体量子计算机,硅材成本低廉、集成电路技术兼容,加上近年来科技业界投入大量资源投资,包括IBM、Google、Microsoft与Intel等都相继推出量子计算机与其应用,预期在不久将来硅量子点技术成熟后,能利用半导体的巨大产能加速其商业化。

台产业生态系统通力合作在量子计算机产业立足

台湾拥有的半导体产业是发展硅基量子计算机最重要的优势,传统产业更乐见量子计算机的技术能日渐成熟。台塑高级顾问高英聪指出,随着化学4.0的发展,对于制程的优化与预测都要走向数字化,目前化工产业也面临挑战与机会,包括发展工业4.0更有效率的制程、能源与环保议题、多变化的市场环境、复杂的供应链等。于是研究人员开始用计算机仿真分子结构,想找到最好的抑制剂来阻止聚合反应,复杂一点用于仿真置换反应,或用于分子动态仿真,更大规模则是用于粗壳粒子仿真,以及用于昂贵耗时的新材料开发。而日本IT大厂富士通近期也发布类量子计算机的数字退火技术,能解决传统运算无法解决的问题。高英聪认为,如同日本一样整个化学研究产业生态系统能产学合作,定能有所突破。

最后座谈讨论期间,与会学者与专家也对其他量子计算机实现的方式进行深入探讨,例如比利时微电子研究中心(IMEC)总监Iuliana Radu博士谈到唯一能在室温底下实现的钻石氮空缺(nitrogen-vacancy)实现,或是加拿大D-WAVE系统公司实现量子计算机的量子退火(Quantum Annealing)技术等。来自新加坡的创业公司Horizo​​n Quantum Computing首席科学官Si Hui Tan指出在量子计算机领域,除硬件外软件开发也同样重要。卢志远认为台湾半导体业很强,但目前尚不知哪种量子运算技术会胜出,只能让技术去竞争。其他专家也提到台湾有充沛的技术人才,企业甚至政府该如何集成资源引领产业发展甚为重要。

量子计算机的实现能够带来全面性的革命,挟其庞大的运算能力即将能解决目前超级计算机也无法计算出来的问题,例如全球暖化气候变迁等问题。这个下时代的运算工具在商业化的应用出现后将令人期待。