有憑有據!IBM 如何證明量子電腦比傳統電腦更強大?
有憑有據!IBM 如何證明量子電腦比傳統電腦更強大?
2018.10.22 | IBM

量子運算(quantum computing)真的有這麼厲害嗎?這項被視為「下個世代運算工具」的技術,要真正邁向商用,恐怕還需要科學家多年的研究與努力。在解決複雜的數學問題上,量子電腦一直被認為,相較於傳統電腦擁有理論上的優勢,不過礙於現階段技術,這些理論都還無法確切被證實。

不過現在,IBM 研究人員已經有證據可以證明,量子電腦確實比傳統電腦運算速度還要快上許多。

IBM證明量子電腦超越傳統電腦

過去人們都認為在解決特定問題時,量子電腦比傳統電腦好,但這都只是理論而已,要把兩者放在相同的條件下比較,在現在的技術下比較難實現。「我們可以證明,在相同時間內運作的量子電腦,確實比傳統電腦更強大,能更好的解決二元二次型相關的某些線性代數問題。」最近IBM 研究人員 Sergey Bravyi 與德國慕尼黑工業大學的一組研究人員在《Science》上發表了一篇論文,讓過去的理論終於被證實。

一般電腦(包括桌機、筆電、平板、智慧型手機)都採用二進位制的計算單位「位元(bit)」,意思是0與1的二分法,一次只會出現0或是1單一種狀態,也就是「yes/no」形式;量子電腦則採用「量子位元(qubit)」,這種計算方式有「疊加(superposition)」特性,可以同時出現0與1,產生00、01、10、11的疊加狀態,也就是「yes/no/both」形式。

Quantum
過去人們都認為在解決特定問題時,量子電腦比傳統電腦好,但這都只是理論而已,要把兩者放在相同的條件下比較,在現在的技術下比較難實現。

正因為量子物理定律可以允許同時出現多個狀態,在面對相對複雜的問題時,量子電腦一直被認為,擁有比傳統電腦更快解決問題的能力。

為了證明過去量子電腦具有優勢的理論,研究人員開發出一種可以得出困難代數問題的量子電路,這種量子電路只會在每個量子比特上執行固定數量的運算,研究人員稱這樣的電路具備「固定的深度」。

研究人員表示,因為量子電腦可以同步處理許多問題,因此不論輸入量的多寡,量子電腦都可以在固定數量的步驟內解決問題;而傳統電腦面對複雜的問題時,一旦輸入的量越多,就會需要更多的步驟才能解決問題。白話來說,研究人員發現傳統電腦不能在「固定的深度」中解決相同的問題,而量子電腦正因為量子物理的非侷限性,證明了比傳統電腦更強大。

Quantum
研究人員發現傳統電腦不能在「固定的深度」中解決相同的問題,而量子電腦正因為量子物理的非侷限性,證明了比傳統電腦更強大。

「實驗結果證明量子電腦確實有很多優點,不必再靠著沒經過驗證的理論空想了。」IBM Q 策略與生態系副總裁Bob Sutor表示:「這次發表的論文並沒有解決實際的問題,而是幫助我們理解為什麼量子電腦這麼強大,希望未來能提出更實際的應用。」

需要注意的是,雖然研究證實量子電腦確實比傳統電腦快,不過因為現在量子電腦技術仍不成熟,並不代表我們現在擁有最好的量子電腦,已經足以超越現在最厲害的傳統電腦。

關鍵字: #IBM #量子電腦
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導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?
導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?

當無人機、無人船失去衛星定位訊號,還能繼續完成任務嗎?這道問題不只考驗導航設備的精度,更牽涉不同技術如何搭配,才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航,得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻:投手把球投出去後,球沒有GPS或遙控器,仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化,持續推算載具的姿態、速度與位置。不過,慣性導航的誤差會隨時間累積,衛星定位訊號一旦中斷,位置推算也可能逐漸偏移。因此,自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量,便從這項需求切入,協助客戶選擇適合的導航技術,並將系統整合到產品中。

先定義任務,再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合,互宇向量在開發初期便參與討論,了解客戶要完成什麼任務,再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例,客戶希望載具不只抵達指定區域,還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控,以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久,都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件,再選擇感測元件、調整導航架構,而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀(FOG)、慣性量測單元(IMU)、姿態與航向參考系統(AHRS),以及GNSS/INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統,也透過觀音山隧道測試,觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言,驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件,而是依照需求調整演算法、材料與系統配置,必要時整合其他供應商的技術,減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合,互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究,2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力,應用市場相對有限。他逐漸意識到,若想讓技術接觸更多使用者,就不能只停留在零件,還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後,鍾宏彬延續過去累積的技術,採取合作設計製造(JDM)模式,讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」:客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮,而是由互宇向量協助整合適合的技術,完成產品部署。公司不走低價、拚量路線,而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶,透過持續參與產品開發,累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術,還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用;2023年,團隊也與國家太空中心(TASA)展開策略性合作,推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」(Flight Heritage)。鍾宏彬打趣地說,普通杯子就是杯子,但如果真的上過太空,「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試,仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言,實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶,團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶,始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作,反而主動找上門。這段經驗讓他體會到,進入航太供應鏈除了技術能力,還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹,桃園產官資源如何成為互宇的產業支點?

互宇向量與桃園的淵源,早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究,一路留在桃園;第一次創業落腳楊梅,互宇向量則從青埔搬到蘆竹,建立廠辦空間。他笑稱,自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商,具備成熟的產業基礎。不過,部分業者長期專注既有市場,未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例,互宇向量曾與傳統機械加工業者合作,協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求,探索跨入新市場的可能。對這些業者而言,挑戰未必是技術能力不足,而是過去缺乏接觸航太應用的機會,不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中,互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系,參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業,拓展未來合作的可能。包括Meet桃園+在內的創業輔導與產業交流平台,也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統,再延伸至航太合作與海外市場,互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來,如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎,找到更多能共同開發產品的夥伴,將是團隊拓展國際市場的重要課題。

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