《一小時略懂量子電腦》：帶你深入了解量子革命，數十秒就可破解網路加密

量子計算一直是近年來的熱門話題，而由 PanSci 泛科學 製作的影片《一小時略懂量子電腦》則以通俗易懂的方式，帶領觀眾深入探索量子電腦的核心技術與未來發展。在短短一小時內，影片涵蓋了從量子位元的運作原理，到量子計算的應用場景，以及當前科技面臨的挑戰。以下是這部影片的重點整理與觀察，讓我們一起了解這場席捲全球的量子革命。

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量子電腦究竟有多快？

影片一開始，用一個令人震驚的案例闡述量子電腦的計算能力：Google 的量子電腦 Sycamore 能在短短 200 秒內完成傳統超級電腦需花費 1 萬年才能完成的計算任務，這被稱為「量子霸權」的里程碑事件。與傳統電腦依靠二進位制進行計算不同，量子電腦利用「量子位元」（qubit），可以同時表示 0 和 1 的疊加態，從而以更高效率進行運算。這種非線性、指數增長的計算能力，讓量子電腦在解決複雜問題上展現出前所未有的潛能。

加密技術可能在數十秒被破解

影片中解釋：「現在網路世界的加密，本質上就是質因數分解，利用非常難的質因數分解題，來讓只有知道答案的人可以讀訊息。以現在常見的加密規則來說，如果要破解這段加密，就需要解開 600 多位數的超大數字質因數分解，用傳統電腦來處理這類問題，需要耗費數千萬年、甚至上億年，而秀爾演算法 (Shor’s Algorithm) 則只需要大概一分鐘，甚至數十秒內就能解決了。」

核心技術：量子疊加與量子糾纏

影片深入剖析量子計算背後的兩大基石技術：量子疊加與量子糾纏。疊加態讓量子位元能同時表示多個狀態，從而提升資訊處理效率；而糾纏態則讓彼此相關的量子位元，即使相隔甚遠，也能瞬間影響彼此的狀態。這種現象使量子電腦在平行運算方面具有絕對優勢。

例如，在影片中將傳統電腦比喻為老鼠，在迷宮中需逐條路徑逐一嘗試；而量子電腦則如「量子貓」，能同時探索所有路徑並直接找到出口，大幅減少計算時間。

超越極限的量子電腦應用

影片進一步探討了量子電腦的實際應用，尤其在氣候模擬、金融市場分析和醫藥研發方面的突破性潛能。例如，利用量子計算模擬分子結構，可極大縮短新藥開發的時間；在金融領域，則能通過強大的平行運算模擬市場動態，協助投資決策。

其中提到的兩大經典量子算法也引人注目：Grover算法和Shor算法。前者可提升無序數據庫的搜索效率，後者則展示了破解傳統 RSA 加密的能力，顯示量子計算在資訊安全領域的破壞性影響。

量子電腦的挑戰：穩定性與環境干擾

影片也揭露了量子電腦當前所面臨的挑戰，特別是量子退相干問題。由於量子態極易受到外界環境的干擾（如電磁波或微小振動），量子位元的穩定性成為開發量子電腦的最大障礙。此外，量子電腦需要在接近絕對零度的極低溫環境中運行，這大幅增加了其運行成本與部署難度。

影片中指出，目前的量子電腦在錯誤率和穩定性上仍需進一步突破，尤其是如何實現長時間穩定的疊加與糾纏態，是當前研究的核心課題。

全球競爭加劇：量子技術的「曼哈頓計畫」

影片特別提及，量子電腦已被視為下一代科技競賽的制高點，各國皆投入巨資開發。美國的 Google、IBM 和微軟，歐盟的量子技術旗艦計劃，以及中國的「九章」量子電腦，都在爭奪「量子霸權」。影片甚至將當前的量子技術研發比喻為「現代的曼哈頓計畫」，指出未來擁有量子電腦的國家或企業，將可能在國際政治與經濟中占據主導地位。

影片也提到，中國除了超導量子電腦「本源悟空」外，還開發了以光子為基礎的「九章」量子電腦，顯示出多元技術路線的潛力。