用最簡單的例子告訴你:什麼是量子電腦?
用最簡單的例子告訴你:什麼是量子電腦?

我們都經常聽到量子電腦(Quantum computer)是未來的趨勢,但量子電腦究竟是什麼?CS Dojo YouTube頻道創辦人YK Sugi參觀了知名量子電腦公司D-Wave Systems後,提出一個簡單例子,讓不熟悉量子物理或電腦科學的人也能理解量子電腦的概念。

不論傳統電腦或量子電腦,包含數字、文字、圖片等所有訊息都使用一系列0和1表示並儲存。傳統電腦中,最小儲存單位稱為位元(bit),而量子電腦中,最小儲存單位稱為量子位元(qubits)。

但除了名稱差異,量子位元和位元究竟有何不同?讓我們這麼說吧;每個位元都是0或1,但每個量子位元都可以是0和1。如果還是難以理解,我們不妨從以下的數學例子來理解兩者的差異。

假設你經營一家旅行社,必須安排團員從一個地方移動至另一個地方,為此你預訂了2輛計程車,現在必須規劃如何分配座位。為了確保旅程氣氛和樂,你希望透過座位分配達成兩個目標:最大化同輛車的朋友數量,同時最小化同輛車的敵人數量。

為了保持題目單純,讓我們先假設團員只有3個人──Alice、Becky和Chris,而你所知道的3人關係如下:

  • Alice和Becky是朋友
  • Alice和Chris是敵人
  • Becky和Chris是敵人

在如此單純的條件下,許多人大概不需要電腦就能隨手算出最好的分配解答,儘管如此,我們還是先來看看傳統電腦和量子電腦解決問題方面的差異。

計程車分配問題:傳統電腦

要說明傳統電腦如何解決這個問題,我們就必須先理解電腦如何用位元儲存訊息。

首先,我們將兩台計程車分別設定為「#1」和「#0」,這樣就能用3個位元表示分配座位的各種情況。當不考慮計程車搭乘人數的上限和下限,每個人都有2個選擇,因此共有2的3次方=8種方法將這組人分成兩輛車。

三人搭計程車的所有可能組合.png
三人搭計程車的所有可能組合。
圖/ 科技新報

為了確定哪種組合是最佳解決方案,我們必須先定義如何計算每項組合的「分數」,才能比較每個方案達到目標的程度。這裡我們先簡單地定義分數如下:

  • (朋友共享同一輛車)-(敵人共用同一輛車)=得分

在這個定義下,假設3人都進入出租車#1(位元表示為111),配置的總分便為1(Alice和Becky)-2(Alice和Chris、Becky和Chris)= -1。

使用傳統電腦時,你基本上需要列出並計算完所有組合,確定哪個得最高分才能獲得最佳解答。在這個問題中,所有組合的分數情況如下:

得分為1的001和110是兩個最佳解答.png
得分為1的001和110是兩個最佳解答。
圖/ 科技新報

由於問題相對簡單,傳統電腦很快就能解決,但如果人數增加呢?3個人有2的3次方種組合,4個人就需要2的4次方種組合,不考慮計程車能否容納的問題之下,如果有100個人,我們就需要2的100次方種組合,傳統電腦無法解決這種問題。

但如果使用量子電腦呢?解釋如何處理100個人的問題之前,我們先回到將3人安排分搭2輛計程車的情況。

計程車分配問題:量子電腦

正如先前提到的,這個問題有8種組合,運用一般電腦時,3個位元一次只能代表一種可能性(像是001、101),但使用量子電腦,只要3個量子位元就可以同時代表8種可能性。

簡單來說,當你將第一個量子位元設定為0和1時,就有點像創造2個平行世界。其中一個世界,量子位元為0,另一個世界量子位元為1,當你再將第二個量子位元設為0和1時,這就像創造了 4 個平行世界。

這種思考方式或許有些奇怪,但能稍微解釋量子位元在現實世界的行為方式。

與傳統電腦用位元列出所有 8 種可能性的情況不同,當您對這 3 個量子位元應用某種運算時,實際上是同時在 8 個平行世界應用相同計算,同時計算所有方案的得分。

當然,你還是得讓量子電腦學會用量子位元表示所有潛在解決方案,同時將每個潛在解決方案轉換為分數,一但做到這兩件事,量子電腦便能在幾毫秒內提供最佳解決方案之一。在3人計程車問題,答案便是001或110。

然而儘管理論上來說,量子電腦每次運算都會提供最好解決方案之一,但量子電腦實際運算有一些錯誤。它可能提供第二好或第三好的解答,隨著問題越來越複雜,這些錯誤也就變得更明顯。

因此實用時,你可能必須在量子電腦進行相同運算數十次或數百次,然後從獲得的眾多結果選出最好的一個。

處理大量計算的優勢

儘管有這些錯誤,量子電腦還是有強大的優勢。因為和傳統電腦不同,面對需要龐大計算量的問題時,量子電腦並不會有擴展問題。

由於量子電腦同時計算所有組合搭配的分數,因此當有3個人時,需要執行的次數為1,4個人時次數仍為1,即使數字增加至100人,操作次數仍然是1。透過一次操作,量子電腦會同時計算所有2,100種組合的分數。

當然因為有前述提到的問題,實際應用時為了得出最佳結果,最好還是操作量子電腦數十次或數百次,並從眾多結果中選擇最好的一個。

儘管有些麻煩,但仍比傳統電腦運算相同問題,得重複與結果數相同的計算次數要好得多。以100人計程車問題來說,這個數字大概是1百穰次。

本文授權轉載自:科技新報

關鍵字: #量子電腦
往下滑看下一篇文章
資安齊發!合勤集團三品牌同台,展現整合防禦實力
資安齊發!合勤集團三品牌同台,展現整合防禦實力

資安已成企業營運的基本保障,合勤集團整合旗下兆勤科技、黑貓資訊與勤晁科技,打造從基礎設施到智慧防護的完整資安體系,助企業穩健邁向AI新時代。

隨著企業加速推動數位轉型、駭客持續進化攻擊手法,資安早已不是可有可無的保險,而是企業日常營運的「剛性需求」。看準資安市場商機,合勤集團(Zyxel Group)近年來積極透過旗下3家子公司—兆勤科技、黑貓資訊與勤晁科技佈局資安防線。在日前登場的CYBERSEC 2025台灣資安大會上,更以「資安特勤,偕同出擊」為主題,展示一個涵蓋AI 驅動的雲地整合防禦、智慧資安維運服務到高規格跨域網路安全與加解密的完整防禦體系,不僅吸引大批與會者駐足,成為展場人氣最旺的攤位之一,更充分展現合勤集團在資安領域的強勁實力與市場吸引力。

兆勤科技祭出雙軌策略,助攻中小企業資安升級

根據統計,2024年的目標式勒索資安事件,高達90%是以中小企業為攻擊目標,顯見,資安防護不再是大型企業才需要關注的課題,中小企業的資安需求同樣迫切且不容忽視。

「然而,中小企業因為缺乏資安專業人才及預算有限,不易做好資安管理,再加上近年來網路攻擊手法多變且複雜,更加深應對威脅的難度,」兆勤科技總經理蔡明見一語道出中小企業的資安挑戰。為此,兆勤科技祭出「簡化管理、強化服務能量」的雙軌策略,持續精進雲端網路安全解決方案,讓中小企業能夠以最少資源完成資安佈署工作。

在簡化管理上,兆勤科技以Nebula雲端管理平台為核心,透過以下3大機制,達到簡化管理負擔的目標。首先,在Nebula平台導入雲地共融技術,讓雲地兩端的安全策略及網路設定可以同步,突破傳統網路設備管理模式只能本地或雲端二選一的限制,也為企業網路管理提供更多彈性,企業可以先採用本地管理,待習慣雲端操作時,再一鍵轉移到雲端,無需重新配置、也不需更換設備,大幅降低轉型門檻,打造跨平台的一致性防護。

合勤科技
兆勤科技總經理蔡明見
圖/ 數位時代

其次,Nebula平台除了可以集中管理防火牆、交換器、無線AP等各個網路設備,設定介面亦相當簡單好操作,透過各種方式例如:事先預設基礎設定、掃描條碼即可將設備加入網路等,讓使用者即便不是專業IT人員,可以輕鬆完成設定、掌握整體網路狀態,大幅降低學習門檻與提高管理效率。

第三、Nebula平台可以自動接收韌體更新與漏洞修補程式,避免因人力不足而忽略系統維護與更新的風險。

在強化服務能量上,兆勤科技積極輔導經銷或通路夥伴建立服務能量,滿足中小企業對網路代管服務的需求。「這是能為中小企業、夥伴與兆勤創造3贏的做法,」蔡明見說明,藉由Nebula平台可以遠端管理的特性,使經銷或通路夥伴能夠一次管理上百個客戶的網路設備,並以訂閱制收取服務費用,成功由傳統硬體銷售轉型為網路代管服務提供者,同時也讓中小企業得以使用網路代管服務,近來,兆勤更推出pay-as-you-go金流方案,協助夥伴降低資金壓力,加速拓展服務市場。

黑貓資訊破除IT與資安斷層,強化內部防禦

合勤集團旗下專注於資安顧問及託管服務的黑貓資訊,自2017年由合勤投控公司資安部門分拆出來後,便聚焦在解決企業 IT 與資安協同作業的挑戰。「企業內網管理的盲點有很多,但IT與資安的協作斷層,是目前最常見也最迫切要解決的問題,」黑貓資訊總經理游政卿說。

IT與資安雖然密不可分,但實務上,企業通常將IT與資安劃分成2個團隊,且彼此的工作重點也不相同,IT 團隊專注資源調度、確保系統穩定與效能,資安團隊則忙於應對警報和威脅,這種分工模式不只讓攻擊者有機可乘,更會令IT團隊誤以為資安只會加重工作負擔。

合勤科技
黑貓資訊總經理游政卿
圖/ 數位時代

「資安的價值,應該從協助IT部門解決問題開始,而不是增加負擔。」游政卿強調,因此,資安團隊首先要做的就是「與IT同在」,從理解IT團隊的需求、解決痛點到取得信任,雙方才能進一步協作,共同應對日益複雜的網路威脅。

以IT資產盤點為例,這是IT團隊相當重要又很耗時費力的工作,而資安團隊可以透過端點安全解決方案(EDR)進行資產盤點,先協助IT團隊掌握所有終端設備的型號、使用狀況與更新需求,再延伸到端點安全防護議題,如此不僅減輕IT負擔,也讓資安建置更具體有感。

除了IT與資安的協作斷層外,包括資產與風險能見度不足、過度依賴邊界防禦,忽略內部橫向移動的風險、以傳統基於特徵碼的靜態防禦機制為主,無法有效應對快速變化的動態威脅、對於第三方軟硬體與的安全把關不足等,亦是企業內網管理常見的盲點。

對此,黑貓資訊憑藉深厚技術底蘊,自主研發多元資安解決方案與服務。在解決方案端,推出在如同樂隊指揮家的智慧XDR防護平台,可協調整合多源資安日誌,並結合AI技術大幅提昇威脅偵測的精準度,亦有可部署於地端(On-premise)的SIEM 解決方案,滿足企業對資料落地、合規與客製化的需求。在服務端,不僅提供24 X7全年無休的MDR/SIEM/SOC 託管式監控服務,更同步提供滲透測試、弱點掃描、供應鏈風險檢測等服務。

值得一提的是,黑貓資訊目前正積極申請ISO 17025資通安全檢測實驗室認證,導入NIST SP 800-115測試流程,協助企業確保所導入的資安方案具備可驗證性與國際標準接軌能力。

在數位轉型成為企業生存關鍵的當下,資安已成為業務穩定與品牌信任的保證。合勤集團透過兆勤科技的雲地整合資安服務、黑貓資訊的智慧防護與專業服務,以及勤晁科技的高規安全方案「偕同出擊」,建構出一條完整而具彈性的資安防線,讓不同需求的客戶都能享有最合適與全面的資安保障,更有信心邁向AI新時代。

登入數位時代會員

開啟專屬自己的主題內容,

每日推播重點文章

閱讀會員專屬文章

請先登入數位時代會員

看更多獨享內容

請先登入數位時代會員

開啟收藏文章功能,

請先登入數位時代會員

開啟訂閱文章分類功能,

請先登入數位時代會員

我還不是會員, 註冊去!
追蹤我們
AI全球100+台灣50
© 2025 Business Next Media Corp. All Rights Reserved. 本網站內容未經允許,不得轉載。
106 台北市大安區光復南路102號9樓