量子運算技術
量子糾纏
探索量子糾纏的奧秘，實現超距離資訊傳輸
量子疊加
運用量子疊加態，實現平行運算突破
量子退相干
研究量子態穩定性，突破運算瓶頸
探索量子糾纏的奧秘，實現超距離資訊傳輸
運用量子疊加態，實現平行運算突破
研究量子態穩定性，突破運算瓶頸
TECHNICAL WHITE PAPER · 技術方案
位元、錯誤修正與整合製程三位一體的量子運算之路(版本 2.0 完善增訂版)
古典微縮路線正在同時撞上兩重天花板:指數外推之下單晶片電晶體數將逼近小於矽原子間距的特徵尺寸,而現有 CMOS 元件的單次開關能耗距蘭道爾熱力學極限仍差三到四個數量級,每逼近一個數量級,元件對熱漲落與雜訊的敏感度都會非線性上升。報告由此回到費曼構想:與其用更龐大的古典機器模擬量子系統,不如構造同樣服從量子規律的運算裝置——n 個量子位元原生生活在 2^n 維希爾伯特空間中,而古典儲存只需 n 超過約 266,所需振幅個數就與可觀測宇宙原子總數相當。
方案以量子位元、測控系統、錯誤修正體系三大支柱為技術基座:從疊加、糾纏、測量與去同調的第一性原理出發,建立從物理量子位元到邏輯量子位元的完整理論鏈條。真正決定運算能力的不是同調時間 T2 本身,而是它與閘時間的比值——離子阱 T2 可達秒級但閘速在微秒量級,超導量子位元 T2 為數十至數百微秒卻擁有數十奈秒的閘速,平台競爭的本質是各自沿不同方向最佳化同一條指數衰減律。測控層面,報告系統梳理了微波測控鏈路、低溫 CMOS 與室溫 FPGA 控制器、參數漂移閉環校準與級聯放大的雜訊溫度預算。
報告橫向剖析超導、離子阱、光量子、中性原子、半導體量子點與拓撲量子六大主流路線的物理機理、製程瓶頸與規模化前景。以超導 transmon 為例,其設計哲學是一次典型的定量權衡:透過增大約瑟夫森能與充電能之比,讓能階對電荷雜訊的敏感度近似指數下降,代價只是非簡諧性按比值平方根緩慢減弱——用多項式代價換指數收益。製造製程層面涵蓋鋁、鈮、鉭材料體系與介面損耗、雙角度蒸鍍接面製備、覆晶接合與矽穿孔 TSV 三維整合,以及批間一致性與良率靶向。
演化路徑上,報告描繪了從含雜訊中等規模量子(NISQ)時代,經量子優勢驗證與邏輯量子位元工程化,最終抵達容錯通用量子運算(FTQC)的階段躍遷藍圖,並給出各階段的資源估算:以約兩千萬個物理量子位元、運行約八小時完成 RSA-2048 分解,與古典數域篩法的數十億年相隔約十四個數量級——這是複雜度類別的差距而非工程最佳化能彌合的差距。產業層面同步分析了後量子密碼遷移的緊迫性與優先順序:Shor 對公鑰體系是指數級打擊,而 Grover 對對稱密碼只有平方根加速,金鑰加倍即可恢復安全裕度。