為了突破古典電腦在晶片發展的瓶頸，各界已將量子電腦視為下個世代的運算利器，不僅各國大舉投入研發經費、展開量子競賽，包括IBM、Google、微軟(Microsoft)、英特爾(Intel)、亞馬遜(Amazon)等大廠也正積極布局。
目前量子電腦較為主流的三種技術，第一種是以超導體作為基礎的量子位元，包括IBM、Google、Rigetti Computing都是採用這種技術；第二種是利用光粒子實現量子運算，以加拿大Xanadu Quantum Technologies較為知名，第三種是離子阱技術，包括IonQ、Quantinuum、鴻海研究院都是投入這塊。
值得注意的是，量子電腦已有從實驗室加速邁向產業化的趨勢，不再只是物理系的科學研究，而是走向應用工程，包括密碼學、金融風險分析、化學與材料科學、人工智慧與機器學習、藥物研發等領域都開始應用，展現古典電腦所無法企及的優勢。根據麥肯錫預估，量子運算最早帶來經濟影響的產業，包括汽車、化工、金融服務與生命科學等四個產業。
硬體效能追不上數據成長速度
何以大家都對量子電腦寄以厚望？眾所皆知，早期古典電腦遵循所謂的「摩爾定律」，每18~24個月效能就會提升一倍， 但半導體設計與先進製程的發展遇到不少挑戰，摩爾定律早已不適用；尤其在資料量快速增加、AI日趨複雜的時代，硬體效能如果無法同步提升，必須花更多的硬體資源或時間，才能完成任務。
從科技大廠的布局觀察，未來電腦的發展有三種路徑：第一是古典電腦藉由半導體製程的演進，創造更為微型化的電晶體；第二是發展AI類神經網路的超級電腦；第三就是量子電腦。
量子電腦與古典電腦的運作有何差異？簡單來說，古典電腦的位元只能表現0或1其中一種狀態，量子電腦一個量子位元就可同時表現0跟1兩種狀態，如此一來就有兩倍的表現能力，兩個量子位元就有四倍的表現能力，以此類推，10個量子位元就有超過1,000倍的表現能力，20個量子位元就有100萬倍、30個量子位元就有10億倍的表現能力。
打個比方來說，古典電腦就像是拿漁槍在大海中捕魚，當今最快的超級電腦不過是每秒10的18次方次浮點運算等級，也就是一秒可以刺10的18次方，但還是不可能射完整個海面；反觀量子電腦用2的N次方持續發展下去， 就像是鋪成一張超大的漁網，有機會直接蓋住海面。一個是線性成長，一個是指數成長，效能自然天差地遠。
量子糾錯各有進展
現階段量子電腦還在起步，距離零錯誤(Error-Free)的目標還有一段長路要走，技術上仍有不少改進空間，像是低溫控制、電子控制、量子位元的設計和材料選擇等，但各家大廠在糾錯方面都有不錯進展，同時也透過機器學習來改善流程。
事實上，量子電腦是透過一種精密的量子演算法來操作量子位元，但量子位元非常敏感，即使是雜散光也會導致運算錯誤，因此需要量子糾錯(Quantum Error Correction)來降低錯誤率。
Google已經實驗證明，可透過增加量子位元(Qubits)來降低錯誤率，相較於一般的作法是在單一量子位元上進行運算，Google則是在邏輯量子位元上進行，將量子處理器上的大量物理量子位元編為一個「邏輯量子位元」，量子糾錯就能透過跨多個物理量子位元對資訊編碼，形成邏輯量子位元來保護資訊，可有效降低錯誤率，並實際用於大規模量子運算。
至於IBM則是透過軟體方式進行錯誤消減(Error Mitigate)，藉此大幅降低量子運算的錯誤率。其一是使用電路切割(Circuit Cutting)，將原本在長電路執行的量子計畫，拆分成幾個短電路做量子運算，各自完成後再串連起來；其二是電路編織(Circuit Knitting)的混合式作法，由古典電腦跑大部分程式，但較為龐大、特別的程式，切出來放在量子電腦去跑，最後再回到古典電腦進行整合。
量子開外掛 助力金融業、化學研究
目前許多產業都開始擁抱量子運算。以金融業為例，包括銀行、投資機構紛紛與科技大廠或新創公司攜手，利用量子電腦與演算法來制訂金融商品價格、投資組合最佳化、風險分析、金融系統建模與模擬等，或者使用量子運算來生成加密密鑰以強化系統安全，用於防止金融詐騙，可提供比古典電腦更精準的預測結果與風控效果。
量子運算另一個極具潛力的應用，就是化學材料與生物科技領域。一般在進行化學反應模擬時，需要了解各分子所含原子彼此間互動情況，並計算各原子的電子互動能量，包含所有電子的位置和能階在內；但古典電腦無法處理如此大量複雜的資料，因此研究人員經常要省略並簡化某些行為特性。
量子電腦則具有量子位元的疊加特性，能夠輕鬆完成這類運算，真正模擬和創造複雜的電子和分子互動模型，尤其對於新藥和新材料的研發，將有重大幫助，另外還可協助設計潔淨能源所需的催化劑，開發新的太陽能電池材料或高溫超導體材料。
隨著量子電腦邁向產業化，台灣的產官學研也加速投入相關研究計畫，行政院在2022年正式組成量子國家隊，預計2022~2026年共投資80億元，推動17項量子研究計畫，涵蓋量子電腦、量子通訊、光量子、量子軟體與應用等，其中硬體技術涉及量子材料、量子位元、低溫電子電路系統、量子光源與偵測器、量子通訊晶片等，軟體技術則以開發量子演算法、量子程式設計、量子密碼與量子通訊協定為主力，希望台灣在2030年能在全球量子科技產業中占有一席之地。
