量子晶片能開啟下一個 iPhone 時刻嗎？

前幾天發了 Google Willow 量子晶片的文章後，有幾個不在科技圈產業的朋友問我：量子電腦的突破是否會像 iPhone 一樣改變人類的生活模式？ 一級玩家的世界是不是有希望成真了？

首先説說我個人的看法：量子電腦的發展確實會徹底改變科學研究和某些產業，但它帶來的「革新」，很難直接反映到你我的日常生活中。

2007 年 iPhone 的出現徹底改變了我們的生活模式，這種改變體現在

＊以前出門要帶手機、相機、MP3 播放器，現在一台手機全搞定

＊當你想買個東西，打開手機就能下單購物

＊想找餐廳，地圖 App 直接幫你導航

＊無聊時能滑社群、看短影片或用手機遊戲打發時間

智慧型手機的普及，讓「隨時隨地上網」成為生活常態，人和世界的連結方式因此徹底改變了，而量子電腦的突破卻不容易在我們日常生活中掀起這樣的革命

原因在於，量子電腦並不是用來取代你手中的筆電或手機的。它的能力在於解決非常專業、非常複雜的問題，比如：化學反應模擬、新藥物設計、金融風險分析、甚至天氣預測等

量子電腦的計算方式非常特殊，它並不擅長處理日常應用所需的「普通任務」。你不可能用量子電腦來刷TikTok，也不會用它來回覆公司群組的訊息

你可以這樣理解：

智慧型手機就像是瑞士軍刀，能處理各種日常需求；量子電腦則像是高精度的顯微鏡，專門解決特定的科學難題

▌量子晶片 Willow 因為快而偉大？

既然 Willow 無法開啟人類的下一個 iPhone 時刻，那為何能造成科技圈如此轟動？首先，我們得理解它到底辦到了什麼

在各大報導中，我們不難看出 Willow 的震撼之處，是 Google 宣稱 Willow  可以在5分鐘內輕鬆完成一個需要世界上最快的傳統超級電腦10的25次方年才能完成的運算任務

這聽起來非常科幻，但其實是一次精心設計的行銷話術

因為 Willow 解決的問題本身就是量子電腦的「主場」，而傳統電腦並不擅長處理這類型的運算，兩者的比較並不公平

▌因式分解：傳統電腦 vs 量子電腦

讓我們用因式分解來舉例，這是最典型且最簡單的量子電腦「主場」問題

所謂因式分解，指的是把一個大數字分解成兩個質數的乘積，例如把15分解成3和5。這個問題對聰明的你來說肯定非常簡單，對電腦來說也是

但如果數字變得更大一些呢？ 例如，請你試著分解 9527 可能就會讓你覺得頭大了！而數字一旦變得極大，有上百位或更多，計算難度也會急劇上升

如果你熟悉因式分解，不如試著分解100並分享你的答案。接著，再嘗試分解 9527 你是否覺得雖然不難，但使用質數窮舉需要花上不少時間呢？

傳統電腦在處理這類問題時，用的方法其實跟你是一樣的。都是採用一種逐步嘗試的方式，也就是不斷測試可能的質數組合，直到找到正確答案為止

這種方法效率之低下，隨著數字位數增加，計算所需的時間會呈指數級增長。當數字大到一定程度，哪怕動用全球最強的超級電腦，可能也需要幾千年甚至更久才能完成

量子電腦的運作方式則完全不同

它基於量子力學的特性，例如「疊加態」和「糾纏」，可以同時測試大量的解答組合，而不是像傳統電腦那樣一個一個地慢慢試。因此，在因式分解這樣的問題上，量子電腦天生就比傳統電腦快得多

兩者設計的用途不同，速度上的差距也理所當然差得很多

你可以這樣理解： 

傳統電腦就像是一台摩托車，速度雖然不快，但勝在穩定可靠，足以滿足我們日常生活中的各種需求；而量子電腦則像是一架噴射飛機，速度極快，但只能在特定的情境下發揮出它的強大優勢

▌速度快，但有意義嗎？

雖然 Willow 的速度提升聽起來令人興奮，但它的「快」有很高的局限性：量子電腦只能在特定類型的問題上展現優勢，而無法處理一般任務

這也是為什麼它不可能取代傳統電腦的原因！

從技術層面來看，量子電腦的核心計算單位「量子比特」（qubit）並非以 0 和 1 的形式穩定運作，而是基於「疊加態」和「量子糾纏」等量子力學特性來同時計算多種可能性。這使得量子電腦在解決某些「組合爆炸」問題（如優化路徑、因式分解）時效率極高，因為它能同時探索多個解答路徑

然而，這種優勢並不適用於日常運算

傳統電腦依靠「邏輯電路」穩定地處理指令，從打開電子郵件、撰寫文件到運行遊戲，這些任務需要的是確定性的結果與穩定的執行，而非量子電腦擅長的「並行探索」。換句話說，量子電腦在處理非結構化、需要大量邏輯運算的日常任務時，反而顯得力不從心

我們可以把量子電腦想像成一個極其擅長解謎的「數學天才」，面對複雜的解題（如模擬分子結構或破解密碼），它的速度遠遠超越傳統電腦

但如果讓這位天才來記帳、編輯影片或玩遊戲，他的表現反而不如普通人（傳統電腦）那麼穩定和高效

更重要的是，量子電腦的運作需要極端的物理條件，例如接近絕對零度的低溫環境、極高的隔絕噪音技術，以及龐大的系統維護成本，這使得它難以像傳統電腦那樣普及。這也意味著，即使量子電腦的速度飛快，它仍無法走進人類生活的每一個角落

因此，量子電腦難以像 iPhone 那樣徹底改變人類的生活模式

iPhone 的出現改變了人們的通訊方式、工作流程和娛樂習慣，成為觸手可及的日常工具。然而，量子電腦的價值更多體現在科學研究、密碼學或材料設計等前沿領域，這些成果雖然深刻影響人類未來，但距離「改變日常生活」仍有一段遙遠的距離

▌真正的突破：降低錯誤率

那麼，Willow 的真正價值在哪裡呢？答案是它在「降低量子計算錯誤率」上實現的重大突破

量子比特（qubit）的脆弱性是量子電腦發展的一大障礙

qubit 能處於「疊加態」，讓量子電腦可以進行平行運算，但它也非常敏感，容易受到環境噪聲、溫度波動或操作不穩定的影響，導致計算出錯

當量子電腦需要更多 qubit 處理更複雜的問題時，問題就變得更加棘手

雖然單個操作的錯誤率可能微乎其微，但複雜計算涉及數千甚至數百萬次操作，這些微小的錯誤會快速累積，讓計算結果變得不可靠

我們可以用建造積木塔來形象化這個問題

如果你只有兩三塊積木，搭建出穩定的結構並不難。但如果你想用上百塊積木搭建高塔，稍微一晃，塔就會瞬間倒塌。類似地，每增加一個 qubit 運算中需要操作的邏輯層級越多，累積的錯誤就越難避免，最終「量子計算塔」可能會崩潰

更令人頭疼的是量子電腦的「除錯困境」

在量子計算中，修正錯誤並不簡單，它需要依賴量子糾錯（quantum error correction） 這個過程需要用多個「實體 qubit」來構建一個「邏輯 qubit」

也就是說，為了讓計算更穩定，量子電腦不得不額外增加 qubit 來修正誤差

但每增加一個 qubit 又可能引入更多新的錯誤，這種「修錯又帶來更多錯誤」的兩難問題讓量子計算的實用化遙遙無期

想像你在沙灘上建造一座城堡，海浪隨時會侵蝕地基

為了防止海浪沖毀，你必須增加更多沙子加固基礎，但沙子的重量又可能壓垮其他部分，最終讓整個城堡難以維持。同理，量子電腦的除錯過程不但耗費大量資源，也增加了新的不穩定性

量子晶片 Willow 的突破點就在於顯著降低了量子運算過程中的錯誤率

具體來說，它在量子糾錯協議上進行了優化，減少了構建邏輯 qubit 所需的實體 qubit 數量。此外，Willow 的低錯誤率減少了糾錯的負擔，等於釋放了更多 qubit 的資源去專注於計算本身，而不是浪費在「自我修復」上

▌筆者觀點

量子電腦或許無法開啟像 iPhone 那樣的消費電子革命，但它的價值並不在於取悅大眾市場，而在於推進科學的前沿探索

無論是加速新藥物的開發、設計更高效的能源材料，還是解開複雜的自然現象，它都將成為科學家手中的尖端工具

量子計算的真正意義在於改變我們理解和應對這個世界的方式，這些突破雖然不會立即改變日常生活，但卻可能深刻塑造人類的未來，讓我們活得更健康、更高效、更可持續