393期・Cover Story 總論篇

當量子力量爆發  先進製造的未來想像

量子時代來臨  重塑產業生態系

◎撰文／陳怡寧　圖片提供／美聯社、Shutterstock

所謂「量子科技」（Quantum Technology），看似有些不著邊際，但回歸最原始物理本質，國家實驗研究院（NARLabs）指出，「量子」是粒子的最小單位。繼德國物理學家普朗克（Max Planck）、愛因斯坦（Albert Einstein）深掘的量子力學原理後，舉凡量子化學、量子光學、量子計算、超導磁體、發光二極體、雷射器、電晶體、半導體等種種，都可視為量子革命的延伸，變成世界各國傾力研發的新興科技領域。

量子科技走出實驗室  掀起產業變革

隨著量子深入應用，所謂「量子疊加」、「量子糾纏」等物理性專業術語，從實驗室走入實際運用場域，就是0和1量子位元的交互演算，大幅加快效率，也奠定晶片與積體電路基礎，真正導入半導體、光學工程產業發展。

此時此刻，全球邁入「半導體競賽」，可想而知將更重視量子科技。美國科技巨擘Google試探量子運算的邊界，得到一個結果，量子電腦Sycamore僅使用大約200秒，就完成一項傳統超級電腦需要1萬年才能完成的演算，且模擬大量數據，快速提供解決方法。

這消息猶如震撼彈，振奮全世界。全球權威管理諮詢機構麥肯錫（McKinsey & Company）篤定認為，量子運算能夠準確模擬大量分子，且在這基礎上，化學和藥物製造研發產業將會是未來首波應用大戶。至於航太通訊、電池與晶片、智慧交通解決方案，則是另個極具量子科技潛力發展的領域。

量子大時代  4領域的大顛覆

Google量子電腦Sycamore突破性躍進，被視為量子科技的重要一哩路。雖然量子應用雛形還在早期階段，量子電腦可能最快得再3至5年才能夠落地，甚至完全實現「量子普及」，或許是20年後的未來，但現在是量子技術最接近廣泛應用的時刻，故跨國大型企業願意新舊整合，在解決方案結合部分量子技術，循序漸進等待量子應用成熟的那一日到來。

製藥研發》高效演算加速研發效率

克利夫蘭中心（Cleveland Clinic）和全球電腦領導先驅IBM，展開為期10年、要價3億美元的量子技術合作專案。該合作案利用量子運算、人工智慧，高速儲存演算大量病歷資料庫，加以分析病毒、基因等參數，演算開發先進醫療工具，像是篩選特定蛋白質的適用藥物，或預測手術後心血管風險模型，也可應用量子科技運算基因定序結果，對應大型藥物資料庫的「靶點」（drug-target），加強「對症下藥」精準度。

法國醫療保健大廠賽諾菲（Sanofi）更在2023下半年，與中國大陸生技醫療集團「百圖生科」（BioMap）達成合作協議，透過其先進AI模型，進一步掌握蛋白質結構，推進大分子藥物的設計與研發；並與法國製藥廠Aqemia合作，結合大規模生成式AI和量子與統計力學演算法，為嚴重疾病設計創新候選小分子藥物。此外，德國創新製藥大廠默克集團（Merck KGaA）則各別與英國evoxac、以色列藥物開發公司Quris-Al合作，深入研究腫瘤學、免疫學和神經科學，量子演算識別候選藥物。

法國醫療保健大廠賽諾菲（Sanofi），分別與中國大陸生技醫療集團「百圖生科」（BioMap）、法國製藥廠Aqemia合作先進AI模型，透過量子演算掌握蛋白結構鏈，鎖定特殊疾病推進大、小分子藥物設計研發。

甚至歐洲、北美地區新創製藥廠，如Kuano、POLARISqb、Menten AI，也運用量子計算建置「藥物設計輔助平台」，在極短時間探索超過10億個化學分子，提供藥物分子設計的解決方案，篩選出與免疫系統蛋白酶結合的分子，迅速評估化學分子成為藥物的潛力，更能貼近複雜的生理需求，發揮治療藥效，預期可將傳統藥物探索期，從4年縮減至約8個月，提升製藥效率。

製藥廠一致認為，量子科技突破傳統計算工具限制，可介入海量且複雜的化學分子篩選，正好適用製藥研發初期，模擬蛋白質胺基酸鏈結構，進一步排除非預期反應、降低毒性與副作用。所以量子領域領導者「劍橋量子計算」（Cambridge Quantum Computing）已窺見，量子電腦輔助藥物設計（Computer-aided Drug Design, CADD）可導入臨床前、臨床階段，優化新藥開發流程的契機。

這背後衍生的，是胰島素、抗體龐大需求市場。現階段全球速效胰島素市場規模已突破74億美元，IMARC市場研調顯示，在2028年前，整體市場還在以每年4.61％複合成長率持續擴大；全球抗體製藥產值也預期在2027年達到117億美元。一旦量子技術足以成熟導入製藥臨床試驗，將助長研發動能，並大幅縮短新藥測試到上市的時間差，生技產業皆樂觀其成。

電動車》量子演算解決方案  深入車用需求

不只是先進製藥研發，量子風暴也席捲電動車製造鏈，汽車巨頭見證到量子運算崛起，包括自動駕駛輔助系統（ADAS）、車載電池，以及複雜的車輛設計、車聯網系統模擬優化等軟硬體，都有量子可能存在的蹤影，於是各大汽車製造廠商大舉投資量子應用，提供從客戶需求端出發，到滿足客戶需求端的解決方案。

福斯最早在2017年與Google合作，嘗試將量子運算結合電動車電池、自動駕駛。豐田更攜手日本重要汽車零部件供應商Denso、東京大學，嘗試以D-Wave量子電腦蒐集交通路線數據，優化行程並管理交通號誌，提供汽車車隊產業解決方案。

汽車零件供應商「博世」（Bosch）近來跨足電腦解決方案，深入底盤控制、轉向、車用電子系統，以及動力系統解決方案、動力系統電動化，於是投資美國新創Zapata Computing，加速量子科技工具介入車載電池開發。

頂級車系BMW集團更與空中巴士（Airbus）、Quantinuum展開三方合作，瞄準量子運算研究新電池材料，準確模擬氫燃料電池性能、充電量。這也與日本東京工業大學（TI Tech）的技術重點不謀而合，即，開發「量子傳感器」提升純電動汽車（EV）續航里程技術，目標在2030年應用。

麥肯錫（McKinsey & Company）以汽車產業為出發點，採用量子科技將是必然趨勢，解鎖電池材料、冷卻系統、智慧運輸等效率，並透過演算法穩定於車載軟硬體的安全係數。尤其汽車產業正朝向5G嫁接聯網應用，相關感測器、自動導航系統等，延伸V2V（汽車對汽車）、V2I（汽車對道路設施）需求，量子加密技術可望結合車用安全領域發展。

量子運算潛力銜接電動車市的蓬勃需求，2023年全球電動車銷量超過1,400萬輛，占新車銷售的11％左右，不過國際能源署（IEA）在《世界能源展望》報告預測，2030年全球電動車將占新車銷售的62％至86％。這爆發成長也反映在量子應用的空間。

汽車零件供應商「博世」跨足電腦解決方案，並加速量子科技工具介入電動車相關開發。

電信通訊》量子網絡實現「高頻、低延遲」趨勢

伴隨電動車聯網趨勢，也並存著車載通訊需求。順應半導體追求量子化，量子應用於是有機會參與通訊領域，而「量子通訊」成為一大產業重點，以半導體為載體，廣泛進入車用、手機、工業、無線通訊、人工智慧、5G基礎設施及能源產業。

國際間陸續建置量子通訊網絡，歐洲電信標準協會（ETSI）創建量子網絡中間節點的安全標準體系，亞洲地區也積極布建「星狀量子通訊網絡」，實現區域內多個用戶端點的串聯。在量子技術加持下，更符合高速、低延遲的通訊產業方向，可延伸到語音、社群媒體、衛星通訊等需求。

量子應用在電信通訊領域的另一關鍵，在於「量子加密通訊」，將量子密鑰結合軟硬體系統供應商，提供量子加密解決方案，包括瑞士量子通訊設備商ID Quantique、美國新創廠商Qubitekk和澳洲通訊服務供應商QuintenssenceLabs等發展，整體量子加密通訊產業鏈慢慢長出雛形，擴大拓展更多的金融財務、電子商務應用需求。

航太工業》量子起飛先進製造建模

先進製造的航太產業也在觀望量子應用，英國航太專業製造廠「勞斯萊斯」（Rolls-Royce）與半導體巨擘輝達（NVIDIA）聯手「量子計畫」，首先鎖定優化噴射引擎製造。由於噴射引擎研發製程複雜，運算難度大，導致其設計成本高昂，正好量子高效能運算可以有效建模，模擬噴射引擎流體動力學的電路設計可行路徑。

畢竟全球航太產業因應淨零減碳，各大航空需要更省油機種，衍生龐大換機潮，台灣漢翔、駐龍、晟田等供應鏈廠握有波音（The Boeing Company）、空中巴士（Airbus）終端訂單，躋身全球強勁的供應鏈體系，連續3年維持在千億元產值規模。「量子運算」恰逢其時，掌握量子，開發新機種，等於再一次讓航太製造大廠擁有快速起飛的契機。

長遠來看，整體航太產業已邁入「資安升級」世代，海內外廠商共識將資訊安全提升至國際評級規格（SECPAAS），對應到量子加密技術，預期也可多加著墨。

英國航太專業製造廠「勞斯萊斯」（Rolls-Royce）啟動「量子計畫」，鎖定優化噴射引擎製造，利用量子高效能運算有效建模，模擬噴射引擎流體動力學的電路設計可行路徑。

因「晶片競賽」而起  解讀量子角力

各大先進產業超前部署「量子計畫」。而超越產業視野，各國政府更是立足制高點，宏觀遠眺隱藏在量子應用幕後的角力關係。

事關美中間的半導體競賽的勢力消長。目前美中在電動車領域較量，中國大陸亟欲「彎道超車」，眼前正在崛起的量子技術就是絕佳的機會，麥肯錫（McKinsey & Company）2023上半年保守估計，中國大陸的量子投資達153億美元，規模位居全球第一，遠遠超過歐盟84億美元、美國37億美元的投資量體。

中國大陸將量子應用發展納入「十四五」國家戰略中，且挾帶全球首屈一指的量子實驗室研發優勢，其握有的量子電腦專利申請案占全球52.3％，量子通信、量子密碼技術也有一定實力，表現超越日本（13.8％）、歐盟（13.8％）、美國（13.8％）、韓國（3.6％）。

面對中國大陸的量子研究步步進逼，在美國看來，無疑敲響警鐘。於是，美國拜登政府更嚴格把關量子科技、半導體與AI人工智慧領域投資流向，半年前火速簽署行政命令，下令將中、港、澳列入高關注地區，大刀闊斧管制量子計算相關產品的出口，同時禁止美國企業投資中國大陸量子技術設備發展。

美國並於2023年底延長「國家量子計畫倡議法案」（National Quantum Initiative Reauthorization Act），預計在2024年投入9.68億美元支持量子科技發展。從2019年推展國家量子計畫初期，挹注4.49億美元預算，幾乎逐年以20％至49％不等幅度成長，顯示美國承諾發展量子應用的野心也在壯大中。

在這場量子角力中，歐洲國家一貫走自己的路。歐盟早在2016年頒布「歐洲量子技術宣言」（Quantum Manifesto），基本上定調量子技術和工業應用競爭力的戰略關係，目前已有法國、比利時、克羅埃西亞、希臘、芬蘭、斯洛伐克等11國簽署，核算1億歐元預算支持「歐盟量子十年旗艦計畫」，加速量子應用從「實驗室」向「晶圓廠」，填補歐洲供應鏈中的空白。

歐盟執委會副主席暨數位時代歐洲執委Margrethe VESTAGER表示，量子電腦設施建設計畫預計透過各國資源與知識之整合，讓歐洲成為數位社會先驅與領導者。

歐盟的量子計畫同樣瞄準量子電腦發展，在捷克、德國、西班牙、法國、義大利與波蘭等6國設置歐洲量子電腦設施，可以想像「泛歐量子電腦聯網」藍圖逐漸成形。

一旦歐洲在2030年養成尖端量子實力，實現量子軟硬體「歐洲製造」，大舉參與模擬新藥的臨床實驗，以及智慧運輸、車用、太空通信領域應用，極有可能再度顛覆全球產業鏈生態。

量子重大革命  塑造產業未來

眼下世界正處在量子變革的時代，各大陣營爭先想成為第一個實現量子落地應用的佼佼者。

表面上，量子電腦只在解決複雜運算問題，在電動車、材料、製藥模擬領域應用較顯著。不過在法國凱捷管理顧問公司（Capgemini）數據分析師Julian van Velzen更深層看來，演算模擬光電材料、提升太陽能電池板效能，或規劃能源網負載、電網規劃，背後意義更攸關全球「淨零排放」的具體實踐。

甚至跨國供應鏈也可能因量子力量而徹底改變，經演算可以更有效地預測供需、調度資源流向。凱捷既為國際專業資訊科技服務商，預測應有一定參考價值，可以想見2030年以前，全球量子霸權競爭將更加暗潮洶湧。■