你對量子電腦寄予厚望嗎？的確，它有能力解決很多傳統電腦做不到的複雜難題，像是找到新的藥物、開發出更好的材料。科學家都希望能讓它變得「越來越強」。不過，「獨自升級」之路也越來越難，使得進度卡關，許多科學家改用「團結力量大」，藉由全新的策略，繞過障礙，繼續增強量子電腦。
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擴展量子位元數量的窘境</h2>
國家高速網路與計算中心（國網中心）量子電腦團隊的李泰岳博士明確指出，在提升量子電腦效能的過程中，量子位元數量的擴充遭遇了嚴峻的技術瓶頸。理論上，一臺量子電腦擁有越多的量子位元（qubit），就有著更強大的計算能力。但試圖在單一系統中增加量子位元的數量時，一系列棘手的物理與工程問題隨之浮現，形成了難以逾越的障礙。
單一量子電腦增強面臨的挑戰主要有兩點：

1、量子位元的內在限制與環境敏感性： 量子位元藉由其「疊加態」與「量子糾纏」等獨特性質，賦予量子計算強大的平行處理潛力。然而，這些量子態極易受到外界環境微小干擾，導致「退相干」（decoherence）現象，使量子位元失去其計算優勢。這使得在擴展量子位元數量時，維持其量子態的穩定性成為一大難題。
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2、規模化帶來的串擾與控制複雜性： 當大量量子位元集成在單一晶片上時，一個量子位元的狀態或操作，容易無意中影響鄰近的其他量子位元，此即「串擾」（crosstalk）。這種內部干擾在多次重複運算或隨著系統規模擴大時，會顯著增加整體計算的錯誤率。此外，要能精確製造、連接並完美控制數量龐大且極度敏感的量子位元，對現有硬體技術和材料科學構成了巨大挑戰。

在這樣的狀況下，科學界不得不問：量子計算的未來，是否該用全新的思考方向來打破僵局？
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<h2>雲端量子大腦：分散式量子運算</h2>
單一大型量子電腦在擴展上的困境，激發科學家提出「分散式量子運算」（Distributed Quantum Computing）來因應 。分散式量子運算不再執著於將量子位元集中在單一的量子處理器中，定於一尊，而是開枝散葉，透過量子網路（quantum network），將多臺量子電腦、量子模擬器或量子感測器等設備連接起來 。
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李泰岳博士表示，建立量子網路，連接多臺量子設備共同執行複雜計算，可以更有效地處理需大量計算的複雜問題，成為解決擴充問題的可行方案。山不轉，路轉，這麼一來便能繞開單機量子電腦的物理極限，允許研究人員先專注於打造和優化規模較小、穩定性更高、錯誤率更低的量子模組，再彼此互連。
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而要實現網際網路，量子糾纏（quantum entanglement）與量子中繼器（quantum repeater）是兩項必要技術。
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量子糾纏能讓分隔兩地的量子位元產生即時關聯，讓分散的量子處理器能共享資訊、同步計算狀態，奠定高效同步運算的基礎 。李泰岳博士強調，分散式系統要能成立，關鍵就在於節點間高效、高保真度的量子糾纏共享 。 
然而，量子態在長距離傳輸時極易衰減，這時就需要「量子中繼器」來增強訊號，分段處理並「刷新」量子訊號，確保量子糾纏能在遠端節點成功建立。儘管量子中繼器技術仍處於早期研發階段，但已被視為邁向長距離量子通訊的敲門磚。
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分散式量子運算雖前景看好，但李泰岳博士提醒，實現此願景仍需克服多重技術難題 。這些挑戰包括：確保量子網路中傳輸訊號的效率與保真度、實現多節點間的高精度同步與協同控制、大規模系統的錯誤校正與容錯機制，以及開發專用分散式量子軟體與系統架構等，但這些挑戰，正吸引全球頂尖團隊投入研發，例如歐洲核子研究組織（European Organization for Nuclear Research, CERN）正積極探索如何利用分散式量子運算，來提升處理數據的效率，協助科學家更快地從大型強子對撞機（LHC）的超巨大數據中，尋找有意義的科學發現 。
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<h2>臺灣如何在分散式量子運算中卡位？</h2>
在分散式量子運算的全球競賽中，臺灣擁有獨特條件和潛力，最顯著的優勢，即是全球頂尖的半導體製造與光電產業鏈，為研發製造量子電腦及量子網路所需的關鍵硬體元件（如高精度量子晶片、穩定光源、高效率偵測器等）提供了產業基礎 。
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而臺灣學術界在量子通訊、量子光學等相關領域，已積累相當研發能量。人才培育方面亦積極布局，例如臺灣大學物理學系暨臺大-IBM量子電腦中心計畫主持人管希聖教授，便與其團隊積極投入大學推廣教育課程，啟發更多年輕學子投身此新興領域 。
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管希聖教授表示：「為了加速發展分散式量子運算的發展，世界主要區域及國家，都積極以政府力量，建立支援基礎設施的量子資料中心、量子測試平臺等，注入無論是經濟或是政策上的資源。」例如歐洲的「量子旗艦計畫」整合科研與產業，推動涵蓋基礎建設的量子生態系統 。美國則整合公私部門資源，由「量子經濟發展聯盟」（QED-C）等機構負責協調，讓科技巨頭能深度參與研發 。
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在全球視野下，臺灣應策略性卡位，在分散式量子運算的浪潮中發揮優勢。考量到資源有限，臺灣應在相對優勢的關鍵點深耕，例如利用半導體產業基礎，專注於開發製造高穩定性、低錯誤率的特定類型量子位元晶片，或研發高效能光學連接介面技術。而在量子中繼器的核心組件，臺灣光電產業亦可尋找切入點，針對特定產業應用（如生醫、精密製造）開發專用演算法與軟體。
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臺灣若能在這些環節重點投入，取得關鍵性突破，無疑將在全球分散式量子運算發展中，扮演不可或缺的助攻角色。
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<h2>跨領域的量子人才，才是卡位量子科技的關鍵</h2>
李泰岳博士認為，分散式量子運算未來的突破，有賴於量子網路技術、高精度同步控制、可擴展量子錯誤更正及專用軟體開發工具等多核心領域的系統性整合與持續創新。這每一項都是艱鉅的科研工程，呼喚著跨國界、跨領域的協作。
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在這樣的大背景下，人才培育與知識普及將決定未來的勝負。對此，管希聖教授叮囑，嘗試任何新事物前，最重要的是打好知識基礎。有志於此領域的年輕學子，可先從線性代數、邏輯閘運作、量子疊加與糾纏等概念入手。而隨著量子科技資源日益開放，現已有許多公開學習資源，如 IBM 的 Qiskit 教學平臺與 Microsoft的Azure Quantum 平臺等，為有志者提供了初步探索量子運算的途徑。
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分散式量子運算將有機會克服當前量子電腦發展的瓶頸，通往更強大、通用、實用的量子計算。然而在全球協作的量子產業生態系統中，臺灣要從過去的技術追隨者，轉變為未來關鍵技術和應用的共創者，除了憑藉半導體與光電產業的優勢，也要在人才培育上持續努力。管希聖教授亦樂見一個有利於人才培育和技術創新的全球化生態系統逐步形成。唯有這樣的生態系統，以及源源不斷的新血投入，才能使量子電腦從解決理論難題，進階至應對真實世界的複雜挑戰。
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（客座總編輯｜清華大學物理系 林秀豪特聘教授 、東海大學物理系 施奇廷教授；研究顧問團隊｜台灣大學物理系 管希聖教授、國網中心量子電腦團隊 李泰岳博士；責任編輯｜曹盛威、趙筱文）