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
新北首間 AI 科技高中!錦和高中導入羅技電子 Rally Board 65 打造「移動任意門」,讓世界走進教室!
新北首間 AI 科技高中!錦和高中導入羅技電子 Rally Board 65 打造「移動任意門」,讓世界走進教室!

深夜11點,多數高中生可能已經準備熄燈就寢,但新北市錦和高中的 AI 基地教室卻燈火通明。原來,錦和的老師、學生,正利用 Logitech 的會議室解決方案 Rally Board 65,和遠在美國科羅拉多州、有 17 小時時差的 Kent Denver School進行視訊。兩校學生在螢幕上熱切分享文化習俗與校園趣事,教室氣氛熱絡。

在錦和,這樣跨越時區和國界的「深夜國際教室」,並非偶一為之的特殊活動,而是透過台美教師討論規劃,有系統制度的國際交流日常。

事實上,作為新北市政府教育局認可的全新北市首間「AI科技高中」,近年來,錦和在數位轉型、科技教育上多有著墨。從生生用平板、建置全校數位互動軟體,到引進被師生譽為「移動任意門」的 Logitech Rally Board 65,錦和正以活潑、彈性的數位學習策略,重新定義未來教室的模樣。

注入數位學習DNA,翻轉傳統教學模式

但錦和的數位轉型並非一蹴可幾。早在疫情期間,錦和高中校長張純寧就意識到,數位教學不是選擇題,「因應數位浪潮、社會趨勢,我們一定得這麼做!」當時,她大刀闊斧將行政人員分組,手把手協助全校老師跨越科技門檻、熟悉線上教學,成功將「數位 DNA 」注入錦和。

如今,走進錦和的課堂,會看到生物老師利用平板搭配 AR 擴增實境技術,將圖像化為立體,讓學生直觀地觀察昆蟲解剖構造和心臟血液的流動;數學老師則透過 VR 虛擬實境,設計「密室逃脫」遊戲,讓學生在解謎中,學著邏輯推演;公民老師更帶著學生投入田野調查,將時事探討結合數位資訊,提升學習興趣。

「錦和的老師,幾乎都已經完成 AI 的增能研習。」張純寧透露,學校在將數位工具融入教學之餘,更和淡江大學合作開發專屬的「AI 倫理素養手冊」,並列為校定必修課程,目的是確保學生在擁抱 AI 的同時,也能建立正確的價值觀。

引進 Logitech Rally Board 65,打造無縫國際交流體驗

而隨著數位學習的版圖不斷擴張,近來,錦和面對的新挑戰,是為學生創造「無縫的國際交流體驗」。

為了讓學生有機會開口說外語、和世界接軌,錦和申請校園雙語計畫子計畫三,採購Logitech Rally Board 65,方便與美國、法國等國的姐妹校線上交流。但過去,要進行高規格的遠距教學,學校必須斥資打造一間固定的遠距教室,裡頭還得裝設投影機、追蹤攝影機和收音設備,不僅空間受限,設備盤點、維護也是行政人員的夢魘。

錦和高中圖書館主任吳孟仁解釋,如果讓學生一人用一台筆電視訊,只要有一位學生的設備出狀況,或是網路連線有問題,老師就必須先中斷課程,接著再像個工程師般,協助學生一一排除障礙;若採用多人在同一鏡頭前發言的模式,傳統的視訊鏡頭又無法照顧到每一個人,導致交流缺乏臨場感。

#1 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
吳孟仁表示,學生為參與跨國交流,常於夜間上線,展現高度投入與國際視野。隨著數位工具融入學習,學生更主動表達、協作與創造,培養面向未來的關鍵能力。
圖/ 數位時代

「我們要的,是一款將使用門檻降到最低、讓老師容易上手的數位工具。」張純寧指出,本學年藉由校園雙語化計畫與參與教育部高中優質化數位前導學校計畫的契機下,錦和偶然接觸到 Logitech Rally Board 65,結果意外發現,Rally Board 65 能徹底解決跨國交流的痛點。

#2 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
Logitech Rally Board 65 結合 65 吋觸控螢幕與 AI 視訊技術,搭配移動式腳架,有效解決跨國交流溝通挑戰。透過 AI 與數位工具導入,學生培養跨域協作與問題解決能力,學習成果不再侷限於考試。
圖/ 數位時代

Rally Board 65 作為專為新世代協作而生的全功能,配有 65 吋的 4K 超高畫質觸控螢幕,還有兩支無須配對、充電的隨插即用數位筆,讓師生能輕鬆在白板上書寫、共編討論。鏡頭、麥克風和揚聲器一體成型的配置,打破了過往需要拼拼湊湊各項硬體的限制;內建的「RightSight 2」智慧取景技術,不僅能自動追蹤並清晰框選正在發言的師生,學生不再需要擠在一個小小的筆電鏡頭前,也不用傳麥克風,只要像平常聊天般自然發言即可;另外,「RightSound 2」智慧調音技術則能透過 AI 回音抑制技術,過濾背景噪音,確保討論過程不受環境音干擾,讓跨國溝通有如面對面交流般清晰。

#3 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
錦和高中透過視訊設備,與長期有往來的美國肯特丹佛學校進行即時交流,科技賦能教育場景,讓跨國學習成為日常。
圖/ 數位時代

張純寧特別提到,Rally Board 65 擺脫傳統需固定於牆面的限制,只要裝上專屬推車腳架,就能任意移動,「Rally Board 65 最大的優點,是『可攜』!讓我們隨時隨地都能在學校的任何一個地方,創造『教學角』。」她笑稱,要是學校裡多幾台這樣的設備,等於多蓋了幾間多功能教室。不僅具備高度機動性,Rally Board 65 在安裝與視角上也同樣靈活,支援桌面、壁掛等多元配置,螢幕亦可雙向翻轉,根據需求調整上下視角,輕鬆融入各種教學情境。

同時,Rally Board 65 還有「免學習」的特性,「插電就能用,老師完全不用特別學習。」吳孟仁分享,現在的台美跨國連線,即便安排在夜間11點,學校也不必指派資訊人員留守,老師自己就能輕鬆開機、主持課程,大幅提升設備的使用率與教學彈性。

軟、硬體設備的升級,最終仍要回歸學生的成長。張純寧表示,當學生具備強大的數位協作能力,並習慣在虛實整合的環境中表達自我時,「你會明顯發現,沒有學生再躲在角落了!每個人都必須、也樂於站出來展現自己。」比方說,在自然科探究與實作的全年級發表會裡,學生是以「線上共編」模式,繳出成果;原先對寫程式一竅不通的社會組學生,經過 AI 課程上的學習,現在竟然能運用 AI 工具,協助弱勢團體、公益組織開發出線上的「記帳系統」。

#4 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
張純寧表示,穩定且符合使用習慣的數位工具,是支撐長時間教學與行政工作的關鍵。透過羅技鍵盤滑鼠符合人體工學的設計,在高工時及高強度的辦公室工作下,保持舒適與效率。
圖/ 數位時代

從最初克服線上教學的陣痛,到成為新北市首間 AI 科技高中,以及引進 Rally Board 65,錦和用實際行動證明,只要具創新教育思維、善用多元數位工具,就能打破空間、時間限制,為孩子們打造一座與世界無縫接軌的未來校園。

從理念到實踐,打造未來教學場域。歡迎教職員夥伴預約參觀 Logitech 展示中心,了解更多 AI 教育解決方案:https://360theredmarker.com/vt/logitech-taipei/

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20
© 2026 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