一場攸關未來數十年全球科技、經濟乃至軍事格局的「無聲軍備競賽」正在加速進行。這不是傳統的核武或太空競賽，而是發生在接近絕對零度的極寒環境與原子尺度的微觀世界中——一場爭奪「量子霸權」（Quantum Supremacy）的競賽。當 Google 在 2019 年宣稱其量子電腦原型機，僅用 200 秒就完成當時全球最強超級電腦需要一萬年才能解決的計算任務時，這場競賽的序幕被正式拉開。然而，真正的警鐘，或許是近年來中國以驚人速度發布的「九章」、「祖沖之號」等一系列量子計算原型機，它們所代表的，不僅是技術上的追趕，更是一種截然不同的國家戰略意志。
這場競賽的核心主角，是美國與中國。一方是由科技巨頭與新創公司構成的、充滿活力的「創新生態系」；另一方則是以國家意志為驅動、集中力量辦大事的「舉國體制」。這不僅是技術路線的對決，更是兩種發展模式的較量。對於身處全球科技供應鏈樞紐位置的台灣而言，這絕非遙遠的科學新聞。它不僅將重新定義「算力」的邊界，更將深刻影響台灣的「護國神山」——半導體產業的未來。
在這場複雜的賽局中，台灣的角色是什麼？機會在哪裡？又面臨何種前所未有的挑戰？本文將為您深入剖析這場正在重塑世界的量子競賽：從量子計算的基礎原理，到美中兩強的戰略佈局與產業鏈的關鍵咽喉，最終聚焦於台灣科技業如何在這片潛力無窮的新藍海中，找到屬於自己的、無可取代的戰略定位。
量子計算：為何是兵家必爭的「次世代算力」？
在深入探討地緣政治的角力之前，我們必須先理解，量子計算究竟是什麼？為何它有潛力顛覆現有的計算模式？簡單來說，傳統電腦的世界是由「位元」（bit）構成的，就像一個個燈泡開關，每個位元不是 0 就是 1，狀態分明。而量子計算的基石，則是「量子位元」（qubit）。
跳脫 0 與 1 的思維：量子位元與疊加、糾纏
您可以將量子位元想像成一個精密的「調光器」。它不僅可以處於全亮（代表 1）或全暗（代表 0）的狀態，更可以 grazie 於量子力學中的「疊加態」（Superposition）原理，同時處於 0 和 1 之間的所有可能性。這意味著，僅僅一個量子位元所能攜帶的資訊量就遠超傳統位元。
當量子位元的數量增加時，其計算能力更是呈指數級的爆炸性成長。2 個量子位元可以同時代表 4 種狀態（00, 01, 10, 11），3 個可以代表 8 種，到了 300 個量子位元，其能表示的狀態數量就已經超過了宇宙中所有原子的總和。這就是量子計算擁有強大平行運算能力的根源。
另一項更令人匪夷所思的特性是「量子糾纏」（Entanglement）。愛因斯坦曾稱之為「鬼魅般的超距作用」。處於糾纏態的兩個量子位元，無論相隔多遠，都會像一對心有靈犀的雙胞胎。當你測量其中一個的狀態時，另一個的狀態會瞬間確定下來，彷彿它們之間存在著超越空間的神秘連結。這個特性讓量子電腦內部資訊的處理和傳遞效率達到了前所未有的高度。
從解開密碼到新藥研發：量子計算的顛覆性潛力
正是憑藉「疊加」與「糾纏」這兩大武器，量子計算在處理特定類型的複雜問題上，擁有傳統電腦無法比擬的優勢。這些潛在應用領域，幾乎每一個都足以引發產業革命：
1. 密碼破解與網路安全：當前全球網路銀行、電子商務所依賴的 RSA 加密體系，其安全性是基於「對一個極大數字進行因式分解極其困難」這個數學事實。然而，早在 1994 年，數學家彼得·秀爾（Peter Shor）就證明，一台足夠強大的量子電腦可以利用「秀爾演算法」，在短時間內輕鬆破解 RSA 加密。這意味著，量子電腦的出現，將對現有整個網路安全體系構成毀滅性威脅。
2. 藥物與材料研發：新藥開發的過程，很大一部分是在模擬分子間的相互作用，以找到最有效的藥物分子結構。傳統超級電腦在精密模擬複雜分子時力不從心，往往只能進行近似計算。而量子電腦，由於其本身就運行在量子規則之上，可以完美地模擬分子行為，從而將新藥的研發週期從數年縮短到數月，並設計出現有技術無法合成的新材料。
3. 金融模型與最佳化問題：金融市場的投資組合優化、風險評估，或是物流業的路徑規劃、製造業的生產排程，本質上都是在巨量可能性中尋找最佳解的「最佳化問題」。對於這類問題，量子計算能夠探索比傳統電腦更廣闊的解答空間，找到更佳的解決方案。
正是因為量子計算在國家安全、產業創新與金融穩定等領域的巨大潛力，它早已超越了純粹的科學探索，成為大國科技戰略的制高點。
兩強對壘：美國的「生態系」對決中國的「舉國體制」
在這場全球競賽中，美國和中國無疑是第一梯隊的兩大主角。然而，它們的發展路徑卻呈現出截然不同的面貌。美國依靠的是一個由市場驅動、巨頭與新創共舞的創新生態系；而中國則憑藉著國家意志主導、集中資源的舉國體制，試圖實現彎道超車。
美國隊：科技巨頭領軍，新創奇兵突圍
美國的量子計算發展，展現了其科技實力的深度與廣度。領軍者是我們耳熟能詳的科技巨頭，它們憑藉雄厚的資本和長期的研發積累，在不同的技術路線上各自插旗。
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- IBM：作為電腦產業的百年巨頭，IBM 是超導量子路線的堅定支持者與長期耕耘者。它不僅在量子位元數量上穩步推進，更重要的是，它率先推出了「Quantum Experience」雲平台，將自家的量子電腦向全世界的研究者與開發者開放。這種開放策略極大地推動了量子計算的普及和社群建設，讓 IBM 成為產業生態的塑造者。
- Google：以 2019 年的「量子霸權」宣言一戰成名，Google 同樣是超導路線的技術先鋒。其作風更具突破性，專注於解決關鍵的科學問題，以展示量子電腦相對於傳統電腦的絕對優勢，從而不斷吸引全球最頂尖的人才。
- Microsoft：微軟選擇了一條更為艱鉅但理論上潛力更大的道路——「拓樸量子位元」（Topological Qubit）。這種量子位元的穩定性遠高於其他類型，能夠從物理層面大幅降低錯誤率，是通往大規模「容錯量子計算」的理想路徑之一。儘管技術實現難度極高，但一旦成功，將可能直接超越所有對手。
除了巨頭之外，美國活絡的創投環境也催生了一批極具競爭力的「新創奇兵」。例如，專注於「離子阱」（Ion Trap）技術路線的 IonQ 與 Quantinuum（由 Honeywell Quantum Solutions 與 Cambridge Quantum 合併而成），前者已成功在紐約證交所上市，後者則背靠工業巨頭，它們的量子位元品質與保真度長期處於世界領先水準。專攻「光量子」（Photonics）路線的 PsiQuantum 則獲得了數億美元的巨額融資，目標是直接打造百萬位元等級的商用容錯量子電腦。
美國政府的角色，更像是提供陽光、土壤和養分的「園丁」。透過 2018 年通過的《國家量子倡議法案》（National Quantum Initiative Act），並在後續法案中持續加碼，聯邦政府投入數十億美元支持基礎研究、建立國家級研究中心，但將商業化和產業化的主導權留給了充滿活力的私營部門。這種「政府搭台，企業唱戲」的模式，確保了技術創新的多元性與市場競爭的活力。
中國隊：政策驅動，急起直追的「紅色供應鏈」
相較於美國的百花齊放，中國的量子計算發展則是一場目標明確、由上而下的國家級戰略行動。在「十四五」規劃等一系列頂層規劃中，「量子科技」被列為優先發展的戰略領域，其重要性與人工智慧、半導體並列。
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- 國家隊主導：中國的量子研究高度集中在以中國科學技術大學（USTC）的潘建偉院士團隊為核心的「國家隊」手中。他們主導研發了光量子計算原型機「九章」系列和超導量子計算原型機「祖沖之號」系列，在特定演算法的計算速度上多次刷新世界紀錄，向世界展示了中國的追趕實力。
- 產業化先鋒：從中科大分拆出來的企業，如本源量子（Origin Quantum）和國盾量子（QuantumCTek），構成了中國量子產業化的第一梯隊。本源量子致力於打造從量子晶片、測控系統、作業系統到雲平台的「全棧式」自主可控解決方案，其推出的「悟空」系列超導量子電腦，清晰地劍指 IBM 與 Google。國盾量子則在量子通訊領域深耕多年後，也積極切入量子計算上游硬體。
- 政策與資本雙輪驅動：根據本報告提供的數據，中國量子計算領域的投資與融資規模在近兩年急劇增長，2024 年達到 29.3 億人民幣。值得注意的是，這些投資高度集中在安徽（合肥）、北京、上海等擁有國家級實驗室和重點學術機構的地區，且背後不乏政府引導基金與國有資本的身影。這顯示出資本的流向與國家戰略佈局高度一致。
然而，中國的「舉國體制」也面臨著嚴峻的挑戰。其最大的弱點在於上游核心產業鏈的自主可控能力不足。量子電腦是一個極其精密的系統工程，不僅需要量子晶片，還依賴一系列尖端輔助設備。這也正是中美科技戰略交鋒的核心戰場。
拆解戰略佈局：技術路線與產業鏈的殊死戰
量子計算的競賽，不僅僅是比誰能堆疊更多的量子位元，更深層次的競爭，發生在技術路線的選擇與對上游供應鏈的掌控上。
主流技術路線之爭：超導、離子阱、光量子的三國演義
目前，全球量子計算硬體的發展呈現多條路線並行的局面，尚未有任何一條路線能完全勝出。這就像是早期電腦或錄影帶的「規格之戰」，選擇不同的路線，意味著不同的技術挑戰與產業生態。其中，最受矚目的三大主流路線形成了一場「三國演義」。
1. 超導路線（Superconducting Qubits）：
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- 陣營：IBM、Google、本源量子。
- 特點：這是目前發展最快、量子位元數量最多的路線。其優勢在於，可以借鑒成熟的半導體微影製程來製造晶片，擴展性較好，運算速度也快。
- 挑戰：超導量子位元非常脆弱，對環境中的電磁雜訊和溫度波動極其敏感，生命週期（相干時間）極短。為了維持其量子特性，它必須在接近絕對零度（約 -273.15°C）的極低溫環境中運作，這需要依賴昂貴且複雜的稀釋製冷機（Dilution Refrigerator）。
2. 離子阱路線（Ion Trap Qubits）：
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- 陣營：IonQ、Quantinuum、華翊量子（中國新創）。
- 特點：利用雷射將單個離子囚禁在電磁場中，以其能階作為量子位元。離子阱路線最大的優勢是量子位元的品質極高，相干時間長，保真度（運算準確率）領先所有路線。
- 挑戰：離子的囚禁與操控過程相對緩慢，導致運算速度不如超導路線。此外，如何將大量的離子整合到單一晶片上，實現大規模擴展，是其面臨的核心難題。
3. 光量子路線（Photonic Qubits）：
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- 陣營：PsiQuantum、Xanadu（加拿大）、圖靈量子（中國）。
- 特點：利用單個光子（光的最小單位）的量子態（如偏振方向）來編碼資訊。其最大魅力在於，光子與環境的交互作用很弱，不易受干擾，因此可以在室溫下運作，無需龐大的製冷系統。
- 挑戰：光子之間天然不會相互作用，這使得構建量子邏輯門（相當於電腦中的運算單元）變得非常困難。目前仍處於探索專用計算（如「高斯玻色取樣」）的階段，距離通用計算還有很長的路要走。
中美兩國在這幾條路線上均有佈局，但重心略有不同。美國在三條路線上都有世界級的領先企業，呈現多元化發展。而中國則在超導和光量子路線上投入巨大，試圖在特定領域實現突破，例如「九章」就是光量子路線的成果。
產業鏈的「咽喉」：誰掌握了上游的「賣鏟人」？
如果說量子電腦的研發是一場淘金熱，那麼真正掌握產業命脈的，往往是那些「賣鏟子的人」——也就是上游核心零組件與設備的供應商。在這場競賽中，美國的戰略之一，就是牢牢卡住這些產業鏈的「咽喉」。
1. 稀釋製冷機：這是超導量子電腦的「心臟」。報告中明確指出，全球市場長期被芬蘭的 Bluefors、英國的 Oxford Instruments 等歐美企業壟斷。2022 年，美國聯合盟友對中國禁運稀釋製冷機及相關零組件，直接打擊了中國超導量子電腦的研發進程。儘管報告中提到，本源量子、中科院等機構在 2024 年實現了國產自製化的突破，但這也恰恰證明了此環節的戰略重要性。
2. 測控系統：如果量子晶片是大腦，測控系統就是連接大腦與外界的神經系統，負責生成精密的微波或雷射脈衝來操控量子位元，並讀取運算結果。這個市場同樣由美國的是德科技（Keysight）、瑞士的蘇黎世儀器等精密儀器大廠主導。中國的本源量子、國盾量子等也在開發自主測控系統，但要在精度、穩定性與整合度上追上國際頂尖水準，仍需時日。
3. 量子晶片設計與製造：儘管量子晶片與傳統半導體晶片在原理上大相徑庭，但其製造過程，特別是超導和半導體量子點路線，依然高度依賴現有的半導體製程，如微影、蝕刻、沉積等。這意味著，誰擁有最先進的半導體製造工藝，誰就在未來的量子晶片量產中佔據了制高點。
在這場對產業鏈制高點的爭奪中，美國的策略清晰可見：通過技術聯盟與出口管制，限制對手獲取關鍵設備與技術，同時扶持本土及盟友的供應鏈。而中國的應對策略則是傾全國之力，對這些「卡脖子」環節進行技術攻堅，力求建立一條完全自主可控的「紅色供應鏈」。
台灣的定位與機會：全球量子賽局中的關鍵「賦能者」
在這場美中兩強的激烈對抗中，台灣處於一個既微妙又關鍵的位置。台灣或許不會像 IBM 或本源量子那樣去建造一台完整的通用量子電腦，但它完全有潛力成為這場競賽中不可或缺的「關鍵賦能者」（Key Enabler），如同它在傳統半導體時代所扮演的角色一樣。
不只代工：從半導體優勢延伸的「矽量子」之路
台灣最核心的優勢，無疑是全球領先的半導體產業生態系。這個優勢，為台灣切入量子計算領域提供了獨特的捷徑——「矽量子位元」（Silicon Qubits）或稱「半導體量子點」（Semiconductor Quantum Dots）路線。
這條技術路線的思路是，在高度純化的矽晶圓上，利用現有的 CMOS（互補式金屬氧化物半導體）製程，製造出奈米級的結構來捕獲單個電子，並利用電子的「自旋」（spin）狀態作為量子位元。
這條路線對台灣而言，具備無與倫比的吸引力：
1. 技術傳承性：它可以最大程度地利用台灣數十年來積累的半導體設計、製造與封測經驗。從 EDA 工具（電子設計自動化）的修改，到晶圓廠的生產線，許多環節都可以從現有基礎上進行升級，而非從零開始。
2. 大規模擴展潛力：相較於需要手工組裝的超導或離子阱系統，基於半導體製程的矽量子位元，在理論上具備大規模、低成本製造數百萬甚至數十億量子位元的潛力，這被認為是實現容錯量子計算的終極路徑之一。
3. 產業鏈完整性：從上游的矽晶圓、化學品供應，到中游的 IC 設計（聯發科、聯詠等）、晶圓代工（台積電、聯電），再到下游的封裝測試（日月光），台灣擁有全球最完整的半導體產業鏈，可以為矽量子晶片的研發與生產提供一站式支援。
台積電的角色在此尤為關鍵。其領先全球的先進製程，如 3 奈米甚至未來的 2 奈米技術，能夠製造出更精細、更一致的量子點結構，從而大幅提升量子位元的品質。如果說過去三十年，台積電是全球數位經濟的基石，那麼在下一個三十年，它完全有潛力成為全球量子經濟的「晶圓廠」。這讓我們可以借鏡日本的發展模式：日本的富士通（Fujitsu）並未直接投入通用量子電腦的混戰，而是利用其在超級電腦和半導體領域的積累，開發出專門解決最佳化問題的「數位退火技術」（Digital Annealer），在金融、物流等領域找到了實際的商業應用。台灣同樣可以發揮自身長處，不必追求樣樣第一，而是在最具優勢的環節做到無可取代。
產業鏈的切入點：從特用材料到低溫電子元件
除了核心的量子晶片製造，台灣的科技產業還可以在量子計算的廣闊產業鏈中找到眾多切入點：
1. 低溫電子元件（Cryo-CMOS）：超導量子電腦需要在極低溫環境下運作，但其測控電子設備目前大多放置在室溫環境，通過大量複雜的纜線連接到低溫區的晶片。這不僅佔用空間，也容易引入雜訊。未來的趨勢是開發能夠在極低溫（4K，即 -269°C）下運作的專用控制晶片（Cryo-CMOS），將其與量子晶片整合在一起。這對於台灣的 IC 設計公司來說，是一個充滿潛力的高附加價值新市場。
2. 先進封裝技術：量子晶片系統是一個複雜的三維結構，需要將量子晶片、控制晶片、中介層（interposer）等通過先進封裝技術整合起來。台積電的 CoWoS、日月光的扇出型封裝（Fan-Out）等世界領先的技術，在解決量子系統的訊號傳輸、散熱與小型化等問題上，將扮演至關重要的角色。
3. 關鍵零組件與材料：量子電腦還需要大量的周邊元件，例如高頻同軸纜線、微波元件、精密雷射光源、光學偵測器等。台灣在這些電子零組件領域本就有深厚的製造基礎，可以針對量子計算的特殊需求（如極低溫、低雜訊、無磁性等），開發高規格的利基型產品，成為全球量子研發機構和企業的供應商。
挑戰與風險：地緣政治下的選邊站壓力
然而，機會總是與挑戰並存。台灣在擁抱量子計算機會的同時，也必須正視其在地緣政治格局下面臨的巨大風險。
- 選邊站的壓力：美國對中國的科技禁令正在不斷擴大和深化，量子計算無疑是重點管制領域。未來，美國極有可能要求其盟友，包括台灣，限制向中國出口任何與量子計算相關的先進技術、設備與零組件。這意味著台灣企業將面臨艱難的抉擇：要麼放棄龐大的中國市場，融入以美國為首的西方科技聯盟；要麼試圖遊走於兩強之間，但面臨被雙方猜忌甚至制裁的風險。從半導體產業的先例來看，成為西方陣營「值得信賴」的合作夥伴，可能是唯一現實的選擇。
- 人才的全球爭奪戰：量子計算是一個高度跨學科的領域，需要大量同時精通物理、材料、電腦科學與工程的頂尖人才。目前，全球的量子人才極度稀缺，美國和中國都在不惜代價地吸引和培養人才。台灣雖然擁有優秀的理工科教育基礎，但在量子物理等基礎科學領域的投入和人才儲備相對不足，如何在全球人才戰中留住本土人才、吸引國際人才，將是決定其量子產業能否成功的關鍵。
結論：台灣的量子之路——成為無可取代的賦能者
量子霸權的賽局，是一場改變遊戲規則的馬拉松。目前，所有參與者都還處於「含雜訊的中等規模量子」（NISQ）時代，距離真正能夠顛覆產業的容錯通用量子電腦，還有至少五到十年的路要走。在這期間，技術路線可能更迭，產業格局也可能洗牌。
對於台灣而言，最清晰的戰略路徑，不是去複製美國或中國的模式，而是立足於自身最強大的根基——半導體與高階製造能力，扮演全球量子生態系中那個無可取代的賦能者。
這意味著，台灣的目標不應是製造出與「IBM Condor」或「本源悟空」匹敵的量子電腦整機，而是讓未來世界上每一台強大的量子電腦，其核心晶片都離不開台灣的先進製程，其關鍵模組都採用了台灣設計的低溫控制晶片，其複雜的系統都依賴台灣的先進封裝技術。
從「晶圓代工」到「量子賦能」，這不僅是技術的升級，更是戰略定位的躍遷。透過專注於矽量子位元等能夠發揮自身優勢的技術路線，並深度整合產官學研的力量，台灣不僅能夠在這場攸關未來的算力革命中避免被邊緣化，更有機會將「護國神山」的傳奇，延續到下一個量子世代。這場競賽的號角已經吹響，台灣的每一步，都將決定其在未來全球科技版圖中的位置。
