什麼是量子運算、商機有多大？
麥肯錫顧問公司 2023 年 4 月報告預測量子科技 (Quantum Technology) 的市場到 2040 年將達 1060 億美元，主要三大應用範疇為運算 (Computing)、通訊 (Communication) 及感測 (Sensing)，其中量子運算 (Quantum Computing) 市場規模將達 930 億、佔比高達 88%。
所有物質都是原子所組成，如果看過「蟻人與黃蜂女：量子狂熱」電影，就了解原子尺度微觀世界的大不同，科學家描述原子世界的理論就是「量子力學」，量子運算 (Quantum Computing) 是透過原子尺度的量子力學，提供計算速度遠超過目前以電晶體為基礎電腦晶片的技術，對於需要大量運算的應用，例如 AI 大語言模型、新藥及新材料的研發模擬等，透過量子技術加密傳輸資訊的量子通訊 (Quantum Communication)，透過量子技術提供精度遠高於現有測量重力、時間、電磁場等物理特性的量子感測 (Quantum Sensing)。
量子科技三大應用範疇
Source: McKinsey
量子運算市場規模、應用領域
2022 年全球量子運算的投資金額約為 54 億美金，其中有 223 家新創公司，預期量子運算在四個主要應用產業，包含化工、生命科學、財務、汽車所衍生的潛在經濟效益 2035 年將達到 6,200 億～12,700 億，全球政府宣布的投資額已達到 340 億美元，量子運算雖然仍在早期，但三大雲計算服務業者 Amazon 的 AWS、Microsoft 的 Azure、Alphabet 的 Google Cloud，以及 IBM 甚至與 Nvidia 都已經佈局，值得投資人及早了解，考慮在適當時機進行投資佈局。
量子科技應用市場規模、現況
Source: McKinsey
Nvidia 已開始佈局量子運算
隨著量子科技的快速發展，麥肯錫預測部分公司將能在 5 年內收穫量子運算的效益，最大機會在化工、醫藥、材料、金融等，需要龐大運算資源進行模擬的領域，耗費大量算力的 AI 大語言模型訓練也能在量子運算發展下，產生顛覆式的突破。
Nvidia 在 2023 年 3 月就跟 Quantum Machines 共同發布將推出 Nvidia DGX Quantum 系統，稱為第一台 GPU 與量子電腦 (Quantum Computer) 連結的系統，在軟體層面也已經規劃了 CUDA Quantum，讓使用者透過高階語言更容易使用量子運算。
Source: Nvidia
世界第一大藥廠禮來與 AI 公司合作新藥開發
禮來 Eli Lilly 已經成為市值第一的大藥廠，2023 年 5 月禮來宣布與 AI 技術開發藥物的中國晶泰科技 (XtalPi) 合作，禮來可能最高支付晶泰 2.5 億美元，以其特有的小分子藥物發現平台 ID4Inno™ 研發首創新藥。
晶泰的技術雖然不是量子運算，但透過 AI 技術、大量運算模擬來開發新藥，已成加速新藥開發的利器，Nvidia 表示 GPU 正處於加速運算大浪潮中，但半導體製程技術在 2 奈米之下成本高昂、技術逐漸遭遇發展瓶頸，量子運算可能是下一世代的解決方案。
實際上之前詢問 ChatGPT 如何解決 AI 大模型大量運算耗費龐大電力、水資源冷卻、不環保的問題，即使半導體技術進展到 1 奈米仍無法解決，ChatGPT 的答覆就提及量子運算是未來可能的解決方案。
Eli Lilly 宣布與 XtalPi 合作 AI 技術驅動新藥開發
Source: fierecebiotech.com
什麼是量子運算？
原子尺度下的微觀世界與我們日常看到的世界完全不同，微觀世界的物理現象稱為量子現象，量子運算就是利用量子特性作為計算基本單元的技術，是 1982 年知名物理學家費因曼 (Feynman) 提出來的概念，睽違了十年、2022 年諾貝爾物理學獎再次頒給了量子物理相關研究的三位物理學家，研究領域的量子糾纏現象就是量子運算、量子通訊技術的根本基礎。
2019 年 Google 在 Nature 期刊發表研究成果，宣布打造了採用超導體材料的 54 個量子位元 (Qubit) 量子處理器 Sycamore，實際上有 1 個量子位元故障，以 53 個量子位元進行耗時 200 秒的特定運算實驗，IBM 估計如果以當時全球最強的超級電腦 Summit 來執行相同運算需要耗時 16 天。
但 53 位元的量子處理器還非常小，IBM 2022 年發表的量子處理器有 433 個位元，但 Intel 1970 年代推出的記憶體晶片就有 1Kb、1024 個位元，量子電腦還需要持續發展才能達到實用狀態，不過發展速度已經遠超過傳統半導體的摩爾定律。
量子運算並不是現有半導體、電腦進行技術升級，是完全不同的材料、物理現象、全新的運算法則，是目前高速運算的終極解決方案，也是能改變世界的技術，但需要全新的硬體、軟體架構才能實現。
量子運算的量子位元數預估將呈現指數級別成長、超越摩爾定律
Source: Nvidia
