量子科技為新興的科技領域，是當前世界各國政府競相投入大量資源研發的重點科技，其基於量子疊加與量子糾纏的物理特性所產生，起源於德國物理學家普朗克(Max Planck)於1900年時提出的量子概念(Heilbron, 1987)，其後歷經愛因斯坦(Albert Einstein)等科學家的努力下揭示了量子力學的原理，此為第一次的量子革命，其後隨著量子力學應用至科技領域，促進晶片與積體電路等科技的發明，也帶動半導體與光電等產業的蓬勃發展(陳蔚然，2017)；緊接於1980年代，科學家們開始提出資訊理論與量子力學原理結合的構想，開啟了第二次量子革命，其不只是科學理論上的量子革命，而是在產業上運用量子技術的創新發展，主要是運用量子力學之原理增加傳統工具或技術的效能，甚至是開發全新的科技(Dowling & Milburn, 2003)，對人們的未來生活將帶來革命性的影響。

量子科技之發展與應用

　　量子科技之發展如雨後春筍，包含量子運算、量子通訊、後量子密碼、量子材料、量子加速器、量子元件、量子資訊科學、量子模擬等(Peterssen, 2020；科技資訊產業室，2021)，然而，對於本國而言，一來為半導體製造領先大國，二來有先天資源條件之限制，因此，本文將分別闡述對本國發展較有利之量子電腦、量子通訊、量子感測與量子材料之發展現況及其應用如後(曲建仲，2020; 陳君毅，2020；王志洋、陳啟東，2021)。

　　為因應半導體製程微縮及摩爾定律之極限，科學家們正積極尋找下世代的電腦，而量子電腦基本單元為量子位元(Qubit)，利用量子的物理特性讓運算速度遠超過當前的電腦以及超級電腦，故目前已經有許多量子電腦以及在傳統電腦模擬量子演算法在量子系統上執行的相關研究，例如 N. Cody Jones 等學者提出量子電腦架構理論(Jones et al., 2012)、美國學者 Matt Reynolds 建構與模擬了51個量子位元的量子模擬器(Reynolds, M., 2017)，以及哈佛與麻省理工研究團隊進一步研發出 256 個量子位元的量子模擬器(Juan Siliezar, 2021)，都可以用來模擬及推算量子電腦解決問題的能力與速度。

　　量子科技的另一個重點為利用量子物理特性進行加密後做資料傳輸的量子通訊，在每一次的量子通訊中，會建立獨自的「量子通道」來進行資訊傳輸，故若在傳輸過程中資訊被攔截或被偵測，那該次的通訊傳輸就會立即失效，故可以有效阻絕竊聽及破解，降低網路攻擊成功率(Gisin et al., 2002; Scarani et al, 2009)；另外，將來的量子電腦預期可在很短的時間內破解現有的公鑰加密通訊系統，例如可直接計算出所有的比特幣私鑰，並使用暴力破解獲取利益，因此世界各國紛紛積極發展量子密碼學以因應，其中最受關注的的是量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD) (Scarani et al., 2009)的發展，量子密鑰分發為通訊雙方使用量子態來加密密鑰，並彼此擁有共同的密鑰，當竊聽者試圖竊聽時，量子態會改變而讓通訊雙方立即放棄此次的通訊，因此量子通訊具備絕對安全的機制與通訊環境(European Quantum Flagship, 2021)。

　　近年來量子感測的研究為學界的熱門議題，因量子自身的物理特性原本即適合用來做高精度與高靈敏度的感測(Layden & Cappellaro, 2018)，故有些產業界或研究機構皆預測量子感測將比量子電腦能更早商品化，量子感測應用極廣，在導航、探勘、環境監控、醫療、土木等不同領域都能找到其應用情境(賴志遠，2020)，例如可應用GPS失效的環境中，還有可以用來探測礦藏與火山活動的高準度重力計等，另有更多量子感測的新應用正持續研發當中。

 　　量子材料約自1980年代開始發展，其涵蓋無法用經典粒子行為或電子的低階量子力學處理的所有材料，包括量子霍爾效應或超導性、拓撲絕緣體、量子自旋液體、量子位元、量子感測器或量子點的材料(Robert et al., 2021)，圖1說明量子材料之發展歷程以及未來展望(Tokura et al., 2017)。

圖1：量子材料發展歷程及未來展望(Tokura et al., 2017)
 

　　量子科技將會顛覆人們原本的生活，因量子電腦具備比當今超級電腦更超高速運算能力，將徹底改變人們的生活以及各行各業的營運模式，特別預期在製造業、金融業、運輸業、製藥業等產業中將形成全新的營運型態，另外量子運算將成為元宇宙(Metaverse)及人工智慧之運算環境最強後盾，而在量子通訊方面，難以破解的量子金鑰技術將打造高度機密與安全的防護環境，可確保國家與人民的安全，同時，量子感測將實現材料、半導體、設備製造等科技之革新，另外在生醫領域中，使用具高解析度高靈敏的量子感測器將協助科學家們與醫學人員更瞭解生命本質，可據此開發新型診斷、醫療、監控與製藥方法，讓當前高齡化的社會進入健康的超高齡社會；而量子材料亦可成為各領域及產業發展的基礎材料，例如通訊或半導體等產業與新興科技所需的元件材料；另外量子科技的出現可讓科學家更進一步探索微觀的世界，並藉此推動與發展更先進的科技，創造更多社會經濟民生所需之智慧型科技，並能更進一步的探索太空與深海，可以想見有量子的未來世界充滿著無限的可能。

本國量子科技發展現況

　　本國量子科技研發初期皆散佈於各大學及研究單位，自2018年開始由科技部以大型專案的方式從國家層級推動，結合產學研界共同推動量子科技之研發與培育人才，目前在量子位元及量子通訊之研發上已有初步進展，包含操控自旋量子位元狀態之研發(Emma stein，2020)以及達成使用光量子在3.44公里的戶外光纖網路進行量子通訊(科技部，2019; 簡惠茹，2019)；另外，2020年由科技部、經濟部、中研院與教育部進一步的共同組成量子國家隊，在5年內將投入新台幣80億元建立量子科技共同研究平台，集中發展量子元件、量子電腦、量子演算法及量子通訊等之技術及跨領域整合發展(科技部，2020)，並於台南沙崙科學園區設立「量子中心」以建立國際合作並吸引國內外技術與人才；另外在產業界方面，台灣積體電路公司亦持續與國內外產學研界合作發展量子科技，而鴻海精密工業股份有限公司於2020年中設立鴻海研究院，亦聚焦於研發量子科技，延攬國內外量子科技專家，並促進量子科技的探索、研發以及人才培育(鄭淑芳，2020)。

結論

　　在世界各國積極發展量子科技的同時，本國量子科技之發展需要更多資源與人才投入，雖本國具有資通訊與半導體製造產業群聚與人才之優勢，然因先天條件的關係，國內資源無法與其它國家相抗衡，因此與國際合作共同發展是除了政府跨部會投入以外之當務之急，其中包含吸引國際產業來台投資與國際人才來台協助，並不期望本國能於量子科技之發展居於領先地位，重要的是要緊跟其後，佈局本國在資通訊、下世代晶片與半導體產業的發展，延續本國在資通訊產業及半導體製造領先之地位。

參考文獻

1. Heilbron, J. L. (1987). The dilemmas of an upright man: Max Planck as spokesman for German science. Univ of California Press. 
2. 陳蔚然(2017)，第二次量子革命啟動，科技政策觀點，DOI: 10.6916/STPIRP.2017-01-18。
3. Dowling, J. P., & Milburn, G. J. (2003). Quantum technology: the second quantum revolution. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 361(1809), 1655-1674.
4. Peterssen, G. (2020). Quantum Technology Impact: The Necessary Workforce for Developing Quantum Software. In QANSWER (pp. 6-22).
5. 科技資訊產業室(2021)，主要16國家量子科技政策 預算超過246億美元，存取自https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=17799.
6. 曲建仲，2020，量子科技有真有假　台灣發展方向在哪？存取自https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=158&cat1=20&cat2=&id=600321。
7. 陳君毅(2020年12月07日)。量子國家隊成立！5年投入80億元、在沙崙建設「量子中心」，還有哪些超前部署？數位時代。https://www.bnext.com.tw/article/60389/gov-quantum-taiwan
8. 王志洋、陳啟東(2021年11月03日)。台灣量子電腦的發展到哪裡了？--量子世代產學佈局。聯合新聞網。https://udn.com/news/story/6883/5862800
9. Jones, N. C., Van Meter, R., Fowler, A. G., McMahon, P. L., Kim, J., Ladd, T. D., & Yamamoto, Y. (2012). Layered architecture for quantum computing. Physical Review X, 2(3), 031007.
10. Reynolds, M. (2017). Quantum simulator with 51 qubits is largest ever. NewScientist, July.
11. Juan Siliezar (2021), Harvard-led physicists take big step in race to quantum computing, The Harvard Gazette, Retrieve from https://news.harvard.edu/gazette/story/2021/07/harvard-led-physicists-create-256-qubit-programmable-quantum-simulator/
12. Gisin, N., Ribordy, G., Tittel, W., & Zbinden, H. (2002). Quantum cryptography. Reviews of modern physics, 74(1), 145.
13. Scarani, V., Bechmann-Pasquinucci, H., Cerf, N. J., Dušek, M., Lütkenhaus, N., & Peev, M. (2009). The security of practical quantum key distribution. Reviews of modern physics, 81(3), 1301.
14. European Quantum Flagship (2021), Quantum Key Distribution (QKD), Retrieve from https://qt.eu/discover-quantum/underlying-principles/quantum-key-distribution-qkd/ on 2021/10/01.
15. Layden, D., & Cappellaro, P. (2018). Spatial noise filtering through error correction for quantum sensing. npj Quantum Information, 4(1), 1-6.
16. 賴志遠(2020)，美國DARPA量子感測科技研發計畫簡介。科技政策觀點。https://portal.stpi.narl.org.tw/index?p=article&id=4b1141ea74d7dcc40174f6316f542a66
17. 17. Robert Cava, Nathalie de Leon, & Weiwei Xie (2021), Introduction: Quantum Materials, Chemical Reviews.
18. Tokura, Y., Kawasaki, M., & Nagaosa, N. (2017). Emergent functions of quantum materials. Nature Physics, 13(11), 1056-1068.
19. Emma stein(2020 年 11 月 03 日)。追上全球量子科技，台灣優勢策略可放在矽基量子位元。科技新報。https://technews.tw/2020/11/03/quantum-computer-esr/
20. 科技部(2019)，台灣量子加密通訊網路 清大教授成功研發「量子加密」對抗「量子駭客」，存取自http://phys.site.nthu.edu.tw/p/406-1335-168273,r3567.php?Lang=zh-tw
21. 簡惠茹(2019年11月26日)。量子技術新突破！清大開發速率更快、距離更長量子加密技術。自由時報。https://news.ltn.com.tw/news/life/breakingnews/2990186
22. 科技部(2020年12月7日)。邁向臺灣量子新世代。新聞資料。https://www.most.gov.tw/folksonomy/detail/2a4f3f5c-9d6e-4f8c-9ad1-b98eb95e45f6?l=ch
23. 鄭淑芳(2020年6月17日)。鴻海研究院宣布成立F3.0轉型升級全面啟動！工商時報。https://ctee.com.tw/livenews/aj/ctee/A79455002020061710512145