開發善用模擬器打造前期量子計算研究環境 國網中心多方投入強化臺灣量子領域優勢

貢獻撰文研究成員：張朝亮、陳南佑、林俊鈺、楊安正

量子計算可推動科學創新、經濟成長，且對國家資安至關重要，近年成為全球產、官、學、研界的焦點議題。臺灣在此領域正值起步階段，雖尚未完成量子電腦所需的軟硬體架構，但相關技術的發展腳步並未停歇，國網中心善用高速運算資源，將量子計算與高效能運算技術結合研發出量子模擬器，為我國量子計算發展打造出有利前期研究的環境。

量子計算堪稱當代最前沿的計算加速技術，其在高效能運算領域的加速潛力，讓此技術在國際間被高度重視。臺灣強大的半導體製程技術與完整供應鏈，有利於量子科技發展，行政院也於2022年3月宣布由17 個產學研團隊組成「量子國家隊」，希望藉著臺灣半導體以及系統整合的優勢，跨入量子科技領域，搶占產業關鍵地位。

在量子國家隊中，國網中心參與量子軟體技術與應用開發項目，負責提供量子模擬器環境。臺灣雖有建置小規模量子硬體的實力(如中研院、中央大學)，但軟體、演算法的研究也是相當重要的。量子技術進展快速，在硬體架構完成前，就須同步發展軟體與相關應用，包括前期各量子系統及模擬器的BENCHMARK測試，到真正量子電腦落地，及如何與古典電腦協同作業、如何編譯量子古典混合程式等。

國網中心的高效能運算能力可用於打造模擬環境，近期完成的量子模擬器讓研究開發團隊可在模擬器上，模擬預測演算法和應用架構在未來真實量子電腦上的運作樣貌。目前國內僅有臺灣大學IBM量子電腦中心、成功大學的前沿量子科技研究中心提供雲端的量子計算資源。國網中心提供的量子電路模擬器可提供額外的資源進行實驗、測試及為軟體技術開發做準備，當臺灣實際量子電腦問世，就可快速上機實用。

除了量子模擬器，國網中心也透過量子技術開發同態加密演算法，提升資安強度。由於量子電腦可運行特定演算法，可在極短的時間內破解部分傳統加密機制，因此進入量子時代後，資安風險將大幅升高，對此美國國家標準技術研究所（NIST）希望找到可對抗量子攻擊的新加密方法，並在近期公布後量子加密算法的最終候選名單。

現在已有多數同態加密技術使用後量子加密方式，國網中心也正開發新一代同態加密算法，希望研發更全面、更高效的數據加密技術，目前已取得初步成果，並申請相關的專利中，量子加密技術雖未商業化，但將是國網中心未來研發重點。

行政院於2024年啟動「晶片驅動臺灣產業創新計畫」（晶創臺灣計畫），希望透過晶片設計推動臺灣產業，提升國際競爭力。在此計劃中，國網中心提供堅實之雲端與高效能運算建設，搭配具開放性與便利操作之研發平台，促使國內晶片研發與智慧技術產學單位快速獲得資源服務；也將持續建置共用型之異質性架構超級電腦，提供通用性AI 運算 (GPU)、大型科研運算(CPU) 與未來量子運算等多樣服務。

量子技術雖仍處萌芽期，但整體發展已成既定趨勢，資源的投入將有助於我國提前投入全球賽局，未來國網中心將持續配合政府政策，善用高速運算資源與研發能量，強化臺灣在全球量子電腦的競爭力。