19世紀末，人們觀察到量子世界，提出量子力學理論，顛覆了古典物理世界，視為第一次量子革命。現在，不僅僅只是理論，更要去應用它，第二次量子革命正揭開序幕。

量子電腦威力無窮

台灣大學IBM量子電腦中心主任張慶瑞說：「The Future is quantum!」（未來屬於量子！）

雖然超級電腦越來越快，但仍有瓶頸。遵守摩爾定律的電晶體尺寸，已經快到極限；平行化計算也快達飽和；最重要的是，超級電腦越來越耗能、成本越來越高。而量子電腦將是解藥。

舉例說明量子電腦與古典電腦的差異。如果每次走一公尺，走30次後可以走多遠？古典電腦的走法是1x30，結果是30公尺；量子電腦則是2的30次方，約等於繞地球26圈。這種指數增長便是量子電腦的威力。因此，人腦神經元數量約為10¹⁵，只要50個量子位元（qubit）即可描述。預計100個量子位元後，很多問題都能迎刃而解，包括一般最佳化問題和化學問題。500個量子位元就可以描述全宇宙的狀態。

量子威能如此強大，美國智庫認為，量子技術等於是二戰前的核彈技術，先掌控這個技術的國家就能掌控全世界。因此各國無不投入大量資源研發量子電腦，以爭取量子霸權。目前只有D-Wave、IBM兩家公司提供量子電腦服務。IBM還設計了量子遊戲「Hello, quantum」和「entanglion」，讓一般民眾不必懂量子力學就能熟悉量子電腦的操作。

量子電腦的原理

量子電腦運用了費曼（Richard Feynman）和圖靈（Alan Turing）兩位科學家的概念。費曼說，這個宇宙本來就是量子構成的，怎麼可能用古典的東西去模擬，一定要用量子去解決量子問題。而圖靈則是用0和1來描述所有的數學邏輯問題。兩者相加就是量子電腦。

量子電腦的單位是量子位元，主要應用了兩個特性：疊加態和糾纏態。

木蘭辭中的雄兔和雌兔可以巧妙地比喻兩個特性。將一公一母的兔子丟到草地上讓牠們奔跑，遠遠看，「安能辨我是雌雄？」可能是公也可能是母，兩種狀態同時存在，就像旋轉中的硬幣不知是正面還是反面，這種現象稱為疊加態。抓起一隻兔子發現是公的，那就知道另一隻是母的；如果把公的動了變性手術放回去，另一隻也會自動改變。這稱為糾纏態。

根據這兩個特性，一個古典位元的0和1只能描述布洛赫球面（Bloch ball）的北極和南極，但是量子位元不只描述兩個點，而是一次就描述布洛赫球面上所有點。四個量子位元，不是指四個布洛赫球，而是四個布洛赫球共同提供的2⁴的平行空間，一次就表達了2⁴所有的可能性。所以量子電腦可以同時做2⁴個平行處理。

例如，如果想在迷宮裡尋找出口，古典電腦只能一條路一條路地去嘗試，但量子電腦可以產生分身，一次就找到出口。如果用射箭來比喻，個人電腦每次只能一支箭，超級電腦是連弩弓，可連續射箭，量子電腦就是鋪天蓋地的箭雨。

不過量子演算法必須在量子電腦這個黑盒子裡進行，中間過程要讓它自動發展，不能偷看，一旦偷看（在量子世界中稱為量測），就會回到古典世界。這個黑盒子內的量子過程稱為神諭（Oracle）。

最後，張慶瑞再次強調，未來屬於量子，而且不只是電腦，感應器、通訊器等都將量子化。