Taiwan berhasrat memanfaatkan kepimpinan dalam cip untuk meraih kelebihan dalam bidang kuantum

Mengapa kelebihan Taiwan dalam cip penting kepada pengkomputeran kuantum

Kekuatan Taiwan dalam pembuatan cip menjadi teras kepada usaha baharu untuk membina ekosistem pengkomputeran kuantum domestik. Dalam beberapa hari kebelakangan ini, tokoh kanan dari Academia Sinica dan Institut Penyelidikan Teknologi Industri menggesa kerajaan dan industri memanfaatkan kekuatan semikonduktor negara itu untuk memacu perkakasan, perisian dan bakat kuantum. Cip merupakan nadi setiap sistem kuantum, daripada peranti qubit hingga elektronik kawalan kriogenik. Ini membuka peluang praktikal kepada Taiwan untuk bergerak lebih pantas daripada yang dijangkakan berdasarkan saiznya.

Perkara yang membezakan mesin kuantum ialah qubit, peranti yang boleh berada dalam berbilang keadaan pada masa yang sama. Qubit mudah terganggu. Haba, getaran dan isyarat elektrik liar memusnahkan maklumatnya dengan cepat. Kebanyakan reka bentuk beroperasi hampir pada sifar mutlak. Cip yang menjana, mengukur dan mengawal qubit itu perlu tepat, senyap dan boleh dipercayai pada suhu kriogenik. Penghasilan komponen sedemikian memanfaatkan kemahiran yang sama untuk menghasilkan semikonduktor termaju, termasuk litografi tepat, bahan termaju dan kawalan proses dengan kadar hasil tinggi.

Taiwan sudah menghasilkan kebanyakan cip logik tercanggih dunia yang menggerakkan kecerdasan buatan dan pengkomputeran berprestasi tinggi. Penganalisis menganggarkan kilang fabrikasi Taiwan merangkumi kira-kira 90 peratus nod paling canggih yang digunakan oleh platform global. Negara itu juga menerajui bidang pembungkusan dan pengujian, yang penting untuk menyambungkan peranti berketumpatan tinggi yang perlu muat di dalam peti sejuk pencairan. Gabungan kekuatan inilah yang mendorong pakar tempatan berpendapat Taiwan mampu menterjemahkan kepimpinan cip kepada kemajuan praktikal dalam bidang kuantum.

Daripada kilang fabrikasi kepada qubit: kemahiran yang boleh dimanfaatkan

Beberapa keupayaan boleh dipindahkan secara langsung daripada pengeluaran semikonduktor moden kepada penyelidikan kuantum. Litografi yang sangat tepat dan disiplin bilik bersih menyokong penghasilan struktur qubit dalam litar superkonduktor dan titik kuantum silikon. Pembungkusan termaju dan sambungan antara cip membantu menyalurkan beribu-ribu talian kawalan ke persekitaran sejuk tanpa menambah hingar. Kawalan proses yang matang meningkatkan keseragaman dan kadar hasil, dua faktor yang mengehadkan skala peranti kuantum masa kini. Dalam bidang elektronik, pengalaman Taiwan dengan cip frekuensi radio dan antara muka berkelajuan tinggi boleh membantu mereka bentuk cip kawalan kriogenik yang diletakkan berhampiran qubit untuk mengurangkan kerumitan pendawaian.

Cadangan pakar di Taipei

Chen Chii-dong, felo penyelidik terkemuka di Pusat Penyelidikan Isu Kritikal Academia Sinica dan pegawai eksekutif Pusat Tematik Pengkomputeran Kuantumnya, menggariskan matlamat yang jelas: membina keupayaan dalam negara. Beliau berhujah bahawa Taiwan perlu menyatukan usaha menyeluruh yang merangkumi peranti, perisian kawalan dan platform pengujian.

Ketika mengemukakan hujahnya bagi usaha nasional, Chen berkata Taiwan perlu memanfaatkan kekuatan cipnya untuk membangunkan program kuantum menyeluruh dan melatih pakar daripada pelbagai bidang. Beliau menyatakannya dengan jelas:

Taiwan mempunyai kelebihan mutlak dalam semikonduktor yang wajar dimanfaatkan untuk membina ekosistem pengkomputeran kuantumnya sendiri dan melahirkan bakat tempatan.

Beliau turut menggesa supaya prototaip berfungsi buatan Taiwan dibangunkan. Membina komputer kuantum domestik bukan sekadar simbolik. Usaha praktikal itu akan menjadi asas kepada pembelajaran pembekal dan pembangunan peralatan di seluruh rantaian teknologi. Seperti yang dijelaskan Chen:

Pembangunan komputer kuantum tempatan akan merangsang kemajuan dalam perkakasan dan perisian kawalan berkaitan.

Jeff Lin, ketua pengarah Pusat Strategi Antarabangsa Industri, Sains dan Teknologi ITRI, mengemukakan pelan tindakan dasar dan industri. Beliau menggesa Taiwan supaya memberi tumpuan kepada teknologi kuantum teras yang berkaitan dengan kecerdasan buatan, menyertai kerjasama rantaian bekalan dengan Amerika Syarikat, Eropah dan Jepun, memperkukuh kerjasama antara industri dengan akademia serta membina platform penyelidikan dan pengesahan untuk mempercepat pengkomersialan. Beliau turut menyeru penggubalan peraturan berkaitan risiko, kedaulatan data dan etika, selain pembaharuan undang-undang dan pendidikan yang menyokong bakat merentas disiplin. Beliau menjelaskan kepentingannya seperti berikut:

Teknologi kuantum menjadi sempadan strategik baharu selepas AI. Kira-kira 30 negara sudah memasukkannya dalam rancangan pembangunan nasional masing-masing.

Pelan Lin turut mengutamakan pendekatan ekosistem: medan uji nasional yang membolehkan syarikat pemula dan universiti mengesahkan idea, saluran pembiayaan berasaskan pencapaian serta program untuk menjadikan modul penyelidikan sebagai subsistem bertaraf industri. Matlamatnya ialah kitaran pembelajaran yang lebih pantas, tempoh lebih singkat antara hasil makmal dengan penggunaan rintis dan laluan lebih jelas bagi jurutera yang beralih daripada peranan cip klasik kepada projek kuantum.

Kedudukan Taiwan dalam persaingan global

Teknologi kuantum kini menjadi sebahagian daripada persaingan lebih luas melibatkan cip, pengkomputeran dan industri strategik. Amerika Syarikat dan sekutunya melabur secara besar-besaran melalui program awam dan kerjasama sektor swasta, sambil memperketat peraturan eksport peralatan termaju yang menuju ke China. Pengembangan TSMC di Arizona, yang disokong pembiayaan awam, mencerminkan usaha membina kapasiti semikonduktor termaju yang berdaya tahan. Langkah ini mengubah lokasi penyelidikan sensitif dijalankan dan kedudukan rantaian bekalan masa hadapan.

China pula melabur besar-besaran untuk mengurangkan kebergantungan terhadap teknologi asing. Bank dasar, dana negara dan program wilayah menyokong projek cip dan kuantum domestik, di samping usaha merekrut bakat serta sekatan baharu terhadap bahan strategik. Perkembangan ini meningkatkan pertaruhan bagi Taiwan. Sektor cip pulau itu berada di tengah-tengah rantaian nilai global, namun industri tersebut turut berdepan tekanan untuk menggandakan keupayaan di luar negara dan mengurus risiko dasar.

Bagi Taiwan, gabungan peluang dan pendedahan kepada risiko ini menuntut tindakan. Negara itu boleh memanfaatkan kerjasama dengan rakan dipercayai untuk menyertai konsortium kuantum antarabangsa, sambil mengekalkan kerja bernilai tinggi di dalam negara. Taiwan juga boleh meletakkan dirinya sebagai penghubung antara cip klasik dengan eksperimen kuantum, bidang yang sudah mempunyai skala, kepakaran dan rangkaian pembekal yang kukuh.

Laluan perkakasan yang sesuai untuk Taiwan

Belum ada satu reka bentuk qubit yang mengatasi semua pilihan lain. Setiap pendekatan utama mempunyai pertukaran dari segi toleransi hingar, suhu operasi, kelajuan get dan kemudahan pengeluaran. Taiwan tidak perlu meliputi semua laluan. Strategi yang lebih baik ialah memilih bidang khusus yang sepadan dengan kekuatan cip dan kelompok pembekal sedia ada, kemudian menyepadukan komponen itu ke dalam program global.

Litar superkonduktor

Qubit superkonduktor menggunakan sambungan Josephson yang dibentuk pada filem nipis, yang mengalirkan elektrik tanpa rintangan pada suhu yang sangat rendah. Penghasilannya memerlukan filem superkonduktor yang bersih, pembentukan corak yang tepat dan rawatan permukaan yang teliti. Kekangan terbesar ialah pembungkusan kriogenik dan kawalan gelombang mikro. Syarikat pembungkusan termaju Taiwan boleh membangunkan interposer berkehilangan rendah dan pendawaian tiga dimensi untuk membawa isyarat gelombang mikro ke peringkat kriogenik. Pasukan elektronik tempatan boleh mereka bentuk modul kawalan padat dan penapis yang mengehadkan hingar. Makmal pengujian pula boleh mengkhusus dalam rutin penentukuran yang memendekkan masa untuk mengaktifkan cip baharu di dalam peti sejuk pencairan.

Qubit spin dalam silikon

Qubit spin dalam silikon dibina daripada titik kuantum yang terbentuk dalam struktur semikonduktor yang difahami dengan baik. Kelebihannya jelas. Secara prinsipnya, peranti ini boleh memanfaatkan litografi dan kawalan proses yang sudah digunakan di kilang fabrikasi terkemuka. Program global menunjukkan bahawa peranti spin silikon boleh dihasilkan dengan peralatan konvensional, kemudian digandingkan dengan litar kawalan kriogenik. Jika qubit boleh beroperasi lebih hampir kepada 4 kelvin dan bukannya beberapa milikelvin, penyepaduan dengan CMOS suhu rendah menjadi lebih mudah dan pendawaian boleh dipermudah. Kilang fabrikasi dan syarikat reka bentuk Taiwan berada pada kedudukan baik untuk meneroka laluan ini, khususnya jika projek nasional membiayai kit pembangunan proses, pengeluaran berkumpulan dan peralatan automasi reka bentuk elektronik kriogenik yang dikongsi.

Sistem fotonik dan ion

Ion terperangkap dan qubit fotonik lebih bergantung pada optik tepat, laser dan sistem vakum berbanding proses silikon konvensional. Taiwan tetap boleh menyumbang dalam bidang ini. Fotonik bersepadu, pembungkusan optik dan bahan khusus ialah bidang yang membolehkan pembekal sedia ada menyesuaikan kemahiran mereka. Universiti boleh menerajui pembangunan sumber laser stabil, pensuisan optik dan pengulang kuantum untuk komunikasi selamat.

Dalam semua kaedah, terdapat dua tema berulang. Pertama, infrastruktur kriogenik dan kepakaran pengukuran sangat penting. Kedua, reka bentuk hibrid yang menggabungkan pemproses kuantum dengan pemecut klasik akan mendominasi aplikasi awal. Kedudukan Taiwan yang hampir dengan rantaian bekalan pengkomputeran berprestasi tinggi memberikan kelebihan struktur bagi model hibrid itu.

Bakat dan pendidikan

Pengkomputeran kuantum menggabungkan fizik, sains komputer, kejuruteraan elektrik, sains bahan dan matematik gunaan. Chen menekankan masa yang diperlukan untuk membina kepakaran dan menggesa pelajar serta jurutera pertengahan kerjaya menceburi bidang ini daripada latar belakang fizik, sains maklumat, kejuruteraan elektrik dan elektronik. Laluan pembelajaran daripada algebra linear dan mekanik kuantum kepada teori kawalan dan kejuruteraan kriogenik boleh membantu peserta baharu menguasai bidang ini.

Taiwan sudah mula menyusun usaha. Pejabat Program Kuantum Taiwan (2021) dan Pasukan Kuantum Nasional (2022) ditubuhkan dengan belanjawan berbilang tahun berjumlah kira-kira 259 juta dolar AS untuk tempoh lima tahun. Agenda mereka merangkumi perkakasan komputer kuantum, optik, perisian dan aplikasi. Projek tempatan telah melaporkan prototaip, termasuk komputer kuantum yang dibina dalam negara serta demonstrasi pengagihan kunci kuantum. Negara itu juga aktif dalam kriptografi pascakuantum dan menempatkan Pusat Migrasi Selamat Kuantum yang membantu institusi merancang naik taraf untuk menghadapi serangan masa hadapan oleh mesin kuantum.

Kerjasama dan tadbir urus

Pegawai dan penyelidik berpendapat Taiwan perlu memperkukuh kerjasama dengan Amerika Syarikat, Eropah dan Jepun dalam penyelidikan serta rantaian bekalan. Penyertaan dalam program global memberikan akses kepada medan uji, pengeluaran fabrikasi dan piawaian yang dikongsi. Kerjasama dengan India juga merupakan saluran yang menjanjikan, memandangkan Misi Kuantum Nasional India serta kekuatannya dalam komunikasi dan penderiaan kuantum. Projek bersama boleh menggabungkan kepakaran Taiwan dalam peranti dan cip dengan kekuatan rakan kongsi dalam algoritma, metrologi dan sistem rangkaian.

Tadbir urus juga perlu diberi perhatian. Jeff Lin menggesa pembentukan rangka kerja menyeluruh yang meliputi penilaian risiko, kedaulatan data dan etika. Peralihan kepada kriptografi pascakuantum perlu dijadualkan dan diuji merentas infrastruktur kritikal, dengan pencapaian perolehan dan pematuhan yang ditetapkan. Peraturan kawalan eksport, perlindungan harta intelek dan protokol keselamatan akan menentukan pihak yang boleh terlibat dalam projek tertentu serta peralatan yang boleh dikongsi. Dasar yang jelas mengurangkan ketidakpastian bagi syarikat pemula dan penyelidik, di samping membina kepercayaan dengan rakan kongsi antarabangsa.

Cabaran yang perlu diatasi Taiwan

Peralatan khusus sukar diperoleh. Peti sejuk pencairan, stesen prob suhu rendah dan peralatan pengukuran frekuensi tinggi mahal serta bekalannya terhad. Kemudahan bersama boleh mengurangkan kekangan ini, tetapi memerlukan pembiayaan berterusan dan pengendali berkemahiran. Masa penggunaan kilang fabrikasi juga menjadi kekangan kerana barisan pengeluaran dipenuhi permintaan tinggi untuk cip AI dan pelayan. Tanpa modul proses khusus dan jadual pengeluaran berkumpulan, peranti kuantum akan beratur di belakang pesanan komersial.

Contoh industri menunjukkan mengapa hubungan rapat antara peralatan semikonduktor dengan penyelidikan kuantum penting. Program besar di luar negara sedang menguji qubit spin silikon menggunakan proses standard, sambil membangunkan cip kawalan kriogenik dan infrastruktur pengujian di sekelilingnya. Pengajarannya bukan bahawa Taiwan perlu meniru satu pendekatan tertentu. Sebaliknya, pasukan kuantum memerlukan akses kepada litografi, metrologi dan pembungkusan termaju sekarang. Taiwan mempunyai kepakaran untuk meneroka laluan ini jika menyediakan peralatan, tenaga kerja dan masa yang diperlukan.

Rancangan dan pencapaian jangka pendek

Majlis Sains dan Teknologi Nasional Taiwan merancang projek pembinaan kerangka utama pengkomputeran kuantum pada 2026. Matlamatnya adalah untuk menghubungkan kerangka utama kuantum dengan platform pengkomputeran berprestasi tinggi, sekali gus mewujudkan sumber hibrid yang boleh diakses oleh penyelidik dan industri. Langkah ini mencerminkan trend global untuk menggabungkan pemproses kuantum dengan superkomputer dan pemecut AI bagi menjalankan beban kerja praktikal.

Beberapa langkah konkrit boleh mempercepat kemajuan. Pusat kriogenik nasional dengan beberapa ruang peti sejuk dan model perkhidmatan akan memendekkan tempoh menunggu eksperimen. Program cip kawalan CMOS kriogenik akan membawa syarikat reka bentuk ke dalam bidang ini dan menghasilkan blok binaan yang boleh digunakan semula. Barisan rintis pembungkusan untuk qubit superkonduktor dan spin akan membolehkan pasukan menambah baik sambungan berkehilangan rendah dan pendawaian 3D secara berulang. Pengeluaran berkumpulan secara berkala dengan kit pembangunan proses yang disesuaikan untuk peranti kuantum akan membina statistik peranti dan meningkatkan kadar hasil. Platform pengujian dan pengesahan awam akan menyediakan tempat untuk syarikat pemula mengesahkan komponen, manakala dana inovasi yang dikaitkan dengan pencapaian teknikal yang jelas akan membantu merapatkan jurang antara hasil makmal dengan produk awal.

Aplikasi yang perlu diutamakan

Beberapa bidang aplikasi selaras dengan kekuatan Taiwan. Dalam sektor semikonduktor, algoritma berinspirasi kuantum dan, kemudian, pemecut kuantum berskala kecil boleh membantu penemuan bahan, simulasi proses dan pengoptimuman reka bentuk. Dalam keselamatan siber, kerajaan dan sektor kewangan boleh menjadualkan peralihan kepada kriptografi pascakuantum serta menguji pautan komunikasi kuantum untuk trafik sensitif. Dalam penjagaan kesihatan, kaedah kuantum mungkin membantu pemodelan protein atau pembinaan semula imej apabila perkakasan semakin matang. Dalam sektor tenaga dan pembuatan, aliran kerja kuantum-klasik hibrid boleh meningkatkan penjadualan dan logistik dalam rantaian bekalan yang kompleks. Semua laluan ini mendapat manfaat daripada ujian awal, walaupun mesin besar yang toleran terhadap ralat belum wujud.

Perkara utama

• Chen Chii-dong dari Academia Sinica menggesa Taiwan membina komputer kuantum tempatan untuk memacu kemajuan dalam perkakasan, perisian kawalan dan pengujian.
• Jeff Lin dari ITRI menyeru pelan nasional yang memberi tumpuan kepada teknologi teras berkaitan AI, kerjasama global, tadbir urus risiko dan data serta platform penyelidikan dan pengesahan.
• Kekuatan Taiwan dalam fabrikasi, pembungkusan dan pengujian cip boleh menyokong projek kuantum superkonduktor, spin silikon dan fotonik.
• Geopolitik sedang mengubah rantaian bekalan. Amerika Syarikat dan sekutunya melabur serta memperketat kawalan, sementara China berusaha mencapai sara diri.
• Taiwan telah menyusun program nasional, termasuk Pejabat Program Kuantum Taiwan (2021) dan Pasukan Kuantum Nasional (2022), dengan belanjawan berbilang tahun.
• Kekurangan utama termasuk infrastruktur kriogenik yang terhad, peralatan khusus yang sukar diperoleh dan akses kepada kilang fabrikasi. Kemudahan bersama serta pengeluaran berkumpulan khusus boleh membantu.
• Majlis Sains dan Teknologi Nasional merancang projek penyepaduan kuantum dan HPC pada 2026 untuk menyediakan sumber hibrid bagi penyelidikan dan industri.
• Aplikasi keutamaan termasuk penyelidikan dan pembangunan bahan serta cip, kriptografi pascakuantum, komunikasi kuantum dan pengoptimuman rantaian bekalan.