驅動AI、醫療、通訊新變革,量子電腦將顛覆世界
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驅動AI、醫療、通訊新變革,量子電腦將顛覆世界

具有高速運算優勢的量子電腦,未來若普及化,將對人工智慧(AI)、生技醫療、區塊鏈、通訊領域帶來衝擊與改變。

量子電腦的厲害之處,在於可以在很短的時間內,解決本來需要耗費數十年,甚至好幾個世代才能解決的問題,雖然目前仍面臨許多障礙與困難,但在可預期的未來中,這項新科技將可以用哪些型式顛覆未來世界呢?

人工智慧

量子電腦擁有極快的運算能力,將能大大顛覆人工智慧(AI)發展以及應用場景,利用可以快速處理大量資訊的特性,能夠解決傳統電腦所不能解決的問題。

未來量子晶片將能讓人工智慧邁向行動化,不論是無人機、手機、無人車,都能藉由量子運算系統,即時因應狀況處理資料,若量子電腦能克服只能在低溫環境運作的特性,將能提升資料傳輸效率,甚至透過量子系統加速機器學習速度。

Medicine
量子電腦高速的運算特性,可以大幅縮短藥品研發流程。
圖/ shutterstock

生技醫療

新藥研發是一條漫長且所費不貲的過程,必須通過臨床實驗、主管單位核准等繁複過程,往往需耗費十年之久才能正式上市。

一款藥品是各種化學成分之間的組合交錯,化學家必須嘗試、評估各種組合,才能知道哪種配方可以對疾病有功效,這需要大量的時間、精力不斷嘗試,量子電腦高速的運算特性,可以大幅縮短藥品研發流程,可以協助人類快速檢查藥品配方、計算出最適合的成分。

不僅能提升效率,更能減少人為失誤,能在最短的時間針對疾病,設計出最有療效的藥品,將可大幅縮減藥品的研發成本與加快上市時間。

加密貨幣市場受威脅

區塊鏈最為人所知的應用之一「加密貨幣」在近年掀起熱潮,許多人會透過「挖礦」的方式來獲得虛擬貨幣,那麼擁有高速運算能力的量子電腦,如果加入挖礦的行列,有沒有可能憑著運算優勢為所欲為讓比特幣市場瓦解呢?

對此,新加坡國立大學資工系教授 Divesh Aggarwal 博士曾進行研究,將未來十年量子電腦運算能力的預測,與目前傳統電腦硬體的運算能力做比較,結果顯示現有的硬體在十年內仍能在速度上占有優勢,量子電腦瓦解挖礦的狀況應該還不至於太快發生。

Bitcoin
在量子電腦的幫助下,100量子位元的量子電腦只需要三個小時就能破解虛擬貨幣的私鑰。
圖/ shutterstock

但加密貨幣本身的安全性恐怕也將成問題,目前比特幣透過私鑰以及公開的公鑰進行加密,交易時可以在不公開私鑰的情況下,透過數位簽章驗證持幣者是否持有私鑰,這種技術稱為「橢圓曲線數位簽章演算法(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)」,而量子電腦有能力解開大部分加密技術。

工研院產經中心經理林澤民就以虛擬貨幣的公鑰與私鑰舉例,傳統電腦要解開私鑰約需耗費1,092億年,但在量子電腦的幫助下,100量子位元的量子電腦只需要三個小時就能破解,對資安甚至國安都是一大威脅 。

隨著量子電腦技術的演進,將會對現在的加密技術安全性產生威脅,Aggarwal 博士更斷言,現行的橢圓曲線數位簽章演算法將可能在2027 年被量子電腦徹底破解,因此目前美國、日本為了因應量子電腦時代,都開始投入新密碼架構的研發。

量子通訊

「量子力學傳送」在十多年前仍只是理論階段,量子傳送必須以「量子糾纏」為基礎,意思是幾個粒子彼此作用後,每個粒子所有的特性都會綜合成為整體性質,無法單獨描述各別粒子的性質,只能描述整體系統的性質,物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)曾稱量子糾纏是「鬼魅般的超距作用」。

如何長距離傳輸纏結光子,一直是量子加密通訊一大難題,中國在2016 年 8 月發射量子衛星「墨子號」,任務之一就是從衛星向地面發射糾纏量子,由於量子通訊的安全性是基於量子物理的基本原理,而非一般的加密技術,因此若能有所進展,將能從根本解決資訊安全問題,避免駭客攻擊和竊聽。

Albert Einstein
物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)曾稱量子糾纏是「鬼魅般的超距作用」。
圖/ shutterstock

2017年中國研究人員表示,「墨子號」順利從太空傳送了「無法破解的」高速量子密鑰,被稱為「中國量子之父」的物理學家潘建偉表示,量子密鑰分發是目前人類唯一已知不可竊聽、不可破譯的安全通訊方式。

量子密鑰分發就像是一個人要把寶物交付給另一個人,需要同時將放置寶物的箱子以及鑰匙一起交出,而鑰匙正是唯一可以開啟箱子的工具,一旦鑰匙被動過手腳,寶物持有者就會發現並將原本的鑰匙作廢,並換一把新鑰匙,確保收到寶物的人是對的。量子加密通訊採用「一次一密」機制,一旦量子密鑰被駭客攔截,自身狀態便會改變,攔截者將無法取得資訊,而「墨子號」的實驗,將為全球量子通訊奠定基礎。

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