團隊以多種數據源整合分析,開放全端 API 實現數據打通,同時著重微服務、虛擬化、雲端自動化的技術核心,建置穩健的平台服務,迄今已累積大量商業開發經驗。 量子計算硬體技術是一個跨域的研發,需要整合物理理論、半導體工程、奈米材料檢測、類比/數位混和信號積體電路與微波技術等,逐步由概念驗證、整合、糾錯等階段邁入實用市場。 台灣身為全球矽積體電路製造的重鎮,以所擁有的札實深厚半導體積體電路技術能量,更應該戮力研發矽或是鍺量子點量子位元技術。 量算科技 除了製備或是成長矽、鍺量子點有其技術難度之外,有效且即時地分析量子點的結構性質,如量子點的形狀、大小、結晶態、形變應力以及外殼/量子點的介面等,也十分具有挑戰性。 甚至,往往需要同時以電子能量損失譜(EELS)和能量色散譜(EDS)的原子元素映射結合掃描透射電子顯微鏡(STEM)提供局部化學成分以及材料的結構訊息,才能建構完整的量子點結構解析。
因此,輸入電壓值的控制必須達 mV 甚至 sub-mV 精準度,最具技術挑戰性的則是在低溫的操作環境中,讀取量子位元的微弱電流訊號。 此外,相對於量子點,數目繁多的操控電極占了相當大的布局面積,導致各電極之間寄生效應如雜散電容(stray capacitance)、串擾(crosstalk)與漏電流等皆產生很大的背景雜訊,更是大幅增加實際操控與讀取量子位元狀態的困難度。 儘管如此,超導量子位元的保真、擴充以及糾錯等仍有許多待改善之處;另外,運作環境如溫度、電磁場等干擾更是影響量子計算的主要制約。
量算科技: 實現量子計算硬體技術的最後一哩路
近年來,因應人工智慧、機器學習、安全加密等大數據時代的強勢來襲,全球更是競相提出能夠實現超級運算速度來處理巨量數據的量子計算方案。 秉持敏捷式開發精神,團隊溝通順暢效率佳,積極而持續為客戶量身打造符合使用者體驗之平台,包含而不限於 Web、iOS、Android。 Quancom Tech 時刻關注趨勢變革與數據脈動,在瞬息間即變化萬千的科技藍海中,我們具備精準的眼光、嫻熟而彈性的應變能力,相信科技的無限可能,並致力於創造非凡價值與意義。 舉例而言,筆者實驗由選擇性氧化「矽鍺」奈米結構,可以製作出自聚式「一體成型」鍺球狀量子點/二氧化矽/矽鍺奈米層片異質結構。 經由穿透式顯微鏡、奈米束電子繞射,佐以能量色散譜的原子元素映射結合掃描透射電子顯微鏡等,可以清楚解析鍺量子點被一厚度約 2 nm 且保真性極佳的二氧化矽殼裹覆,而且在鍺量子點/二氧化矽殼的下方也同時生成矽鍺奈米層片,如圖五的穿透式電子顯微鏡與(b)能量色散譜影像所示。 團隊重視並不僅止於夥伴工作表現,更在乎長遠的職能成長而至生涯規劃,我們歡迎夥伴們的各項技術交流,鼓勵自我的進修與挑戰,並以公平公正的績效原則給予實質激勵,期望在 Quancom Tech 一同成就更優秀自信的您。
- 「未來 3~5 年,是台灣發展量子運算的契機。」鴻海董事長劉揚偉認為,世界的量子產業生態已逐漸成型,而全球量子計算也正由理論基礎驗證快步走向應用。
- 因此,不論是測試儀器或是測試技術方法都亟待研發,以建立標準化或是通用的測試技術方法,得以有效地讀取半導體量子位元電荷或是自旋狀態。
- 在二進位量子電腦中,信息單元稱為量子位,它除了處於“ 0” 態或“ 1” 態外,還可處於疊加態(superposed state)。
- 因此,依據量子尺寸效應,我們可以裁製量子點的直徑大小,進一步調整量子點的電子能結構 (electronic structure)、電荷分布、電學、光學、甚至多種物理性質。
- 評估量子位元的主要品質因子如:量子態的退相干時間(decoherence time)、擴展性、保真性、連接性、操作溫度以及量產可能性等,如表一所示 [2],其中退相干時間以及擴展性更是初期評估量子位元成敗的關鍵指標。
有趣的是,當三維塊材微縮到零維的量子點系統時,電荷運動除了受到空間維度的限制之外,電荷可能擁有的能量也發生了神奇的量子化(quantization)現象,也就是說,電荷在材料內可能出現的狀態密度會從連續性的能帶轉變為離散的分裂能階(discrete energy levels)。 雲端技術成為資訊業趨勢,Quancom Tech 提供多項雲服務平台(AWS、GCP、ALI、WSU 等),協助客戶整合應用並導入 CI/CD,大幅提升產品更新效率。 2017 年 IBM 發表 50 位元超導 IBM-Q、2018 年 Google 推出 72 位元超導 Bristlecone,讀取正確率達 99%,宣稱已豎立量子霸權的里程碑。 中國也不惶多讓,阿里巴巴在 2018 推出 量算科技 10 位元超導量子電腦、Intel 也公布 49 位元 量算科技 Tangle Lake 超導量子晶片。 其主要的核心精神是運用量子位元之間的「量子疊加」以及「量子糾纏」等獨特原理,創造出多種組合的量子狀態,可以突破經典計算中非「0」即「1」二個狀態的限制。 量子點的應用範疇之中,有一非常引人矚目的量子科技 – 量子計算,物理學家 Stephen Wiesner 以及物理頑童大師 Feynman,率先於 1980 年初提出量子計算的需求與概念。
量算科技: 量子計算的局限
從可計算的問題來看,量子電腦只能解決傳統計算機所能解決的問題,但是從計算的效率上,由於量子力學疊加性的存在,某些已知的量子演算法在處理問題時速度要快於傳統的通用電腦。 Quancom Tech 一路走來,穩定提供商業夥伴各項產品與服務,同時不斷追尋廣泛科技的接觸和成長,不止步於現況,帶領著精益求精的團隊持續拓寬視野。 2017 年美國眾議院科學委員會宣示要確保「美國量子技術霸權」;2018 年歐盟實施「量子旗艦」、中國中科院與阿里巴巴攜手成立達摩雲量子實驗室、日本宣布將提供免費量子類神經網路服務,以及加拿大與澳洲政府投入上億美元的研發經費等。 以一個球狀量子點為例,受到三維徑向(3-dimensional, radial potential)對稱的靜電位能侷限,量子點內的電荷只能存於某些特定的能階,而不再像是在塊材材料中,電荷可以攜帶任意的能量以及出現在任意的空間位置。 使用薛丁格方程式計算可知,量子點內分散的能階以及能階之間的差距,主要由量子點的直徑、形狀甚至應力決定之;簡單而言,量子點的直徑愈小,量子侷限效應愈發明顯,因此能階分離也愈發顯著,這就是所謂的量子尺寸效應(quantum size effect),如圖一所示。
但是要實踐有實際應用價值的矽量子點位元,以及相關的電荷感測元件,必須在量子點的形狀、直徑、量子點與其外殼的介面品質、蓋殼的種類、擺放位置等有精準的調控力。 惟矽材料的波爾激子半徑約 5 nm,這意味著矽量子點的直徑約小於 5 nm,方足以有顯著的能階量子化現象。 因此,即使是使用目前最先進的微影光雕技術,要製備小於 5 nm 的矽量子點仍然有很大的挑戰性;另一個技術挑戰則是製作可以直接操控某一個特定量子點的奈米電極,受限於微影機台的解析度或是層與層對準的精準度,奈米電極不可避免地會影響或是觸及周遭其他的量子點。 我們透過強大穩健的研發技術、快速無阻的溝通及細緻的企劃設計能力,悉心提供貼合客戶需求、專業且運行穩定的產品及服務,創造客戶最大商業價值為我們的志業,不懈地追求科技巔峰是我們的熱忱。
量算科技: 量子計算:數位時代最具影響力的運算及數據儲存技術之一
▲在 SiO2/Si、Si/SiGe、Ge/Si 二維電子氣量子井 [4] 或是 Si 奈米線 [5],以微影光雕技術定義多個電極,以電壓感應形成之矽或是鍺量子點與其侷限位障。 量子計算可以為安全領域做出巨大貢獻,金融軍事和情報、藥物設計和發現、航空航天設計、公用事業(核聚變)、聚合物設計、機器學習、人工智慧(AI)、大數據搜索和數字製造。 當量子點的直徑小於其波耳半徑,其電子能結構由連續的能帶逐漸轉變為離散的能接,且能階分裂之間距愈發擴大。
2500是一個可怕的數,它比地球上已知的原子數還要多(這是真正的並行處理,當今的經典電腦,所謂的並行處理器仍然是一次只做一件事情)。 量子力學態疊加原理使得量子信息單元的狀態可以處於多種可能性的疊加狀態,從而導致量子信息處理從效率上相比於經典信息處理具有更大潛力。 普通電腦中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進位數(00、01、10、11)中的一個,而量子電腦中的2位量子位(qubit)寄存器可同時存儲這四種狀態的疊加狀態。 隨著量子比特數目的增加,對於n個量子比特而言,量子信息可以處於2種可能狀態的疊加,配合量子力學演化的並行性,可以展現比傳統電腦更快的處理速度。 我們致力於提升客戶的整體商業價值,並打造夥伴們舒適的開發環境與切磋學習的管道,懷抱著對科技應用的使命,Quancom Tech 目標成為世界級智慧化的大數據軟體公司。
量算科技: 產品或服務
台灣擁有全球最優秀的半導體及應用工程人才,最有機會憑藉既有產業優勢來研發製造其核心元件「矽(鍺)基量子位元」,產官學界都應高度重視、並掌握此量子科技契機,替台灣創造下一個半導體奇蹟。 2023年,Quancom Tech 紮穩根基,挑戰拓展中大型系統建置與備份之服務,期許以同樣高效能、高品質的研發能量,提供客戶更加順暢安全的系統開發選擇,未來也將多元發展 Mac、Windows 等商業應用軟體。 在常規電腦中,信息單元用二進位的 1 個位來表示,它不是處於“ 0” 態就是處於“ 1” 態. 在二進位量子電腦中,信息單元稱為量子位,它除了處於“ 0” 態或“ 1” 態外,還可處於疊加態(superposed state)。 疊加態是“ 0” 態和“ 1” 態的任意線性疊加,它既可以是“ 0” 態又可以是“ 1” 態,“ 0” 態和“ 1” 態各以一定的概率同時存在. 通過測量或與其它物體發生相互作用而呈現出“ 0” 態或 “ 1” 態.任何兩態的量子系統都可用來實現量子位,例如氫原子中的電子的基態(ground state)和第 1 激發態(first excited state)、 質子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圓偏振光的左旋和右旋等。
評估量子位元的主要品質因子如:量子態的退相干時間(decoherence 量算科技 time)、擴展性、保真性、連接性、操作溫度以及量產可能性等,如表一所示 [2],其中退相干時間以及擴展性更是初期評估量子位元成敗的關鍵指標。
量算科技: 量子計算原理
舉例來說,超導量子位元只能在逼近絕對零度的酷寒(mK)環境下運作,相關的控制電路必須安置在大型冰箱之外,再藉由 RF 組件來操控超導量子位元;不過要在極端酷寒下,維持超導量子位元晶片的長期穩定使用,所需搭配的封裝技術難度是非常嚴峻的。 最近光子量子計算以及離子阱量子位元也屢傳佳績,但是必須在大型的光學桌使用眾多光學組件來操控光子,或是需在超高真空環境中操控離子阱,二者的操控環境依然是非常具有挑戰性。 如果我們能在消除外界影響的前提下,用一份能量脈衝能將下自旋態翻轉為上自旋態;那麼,我們用一半的能量脈衝,將會把下自旋狀態製備到一種下自旋與上自旋疊加的狀態上(處在每種狀態上的幾率為二分之一)。 這意味著量子電腦如果有500個量子比特,則量子計算的每一步會對2500種可能性同時做出了操作。
量子計算已成為全球科技產業熱門議題,其被認為是下一世代改變世界的技術,重要性不亞於上個世紀的矽產業。 儘管量子技術發展還處於早期階段,已有許多全球科技巨頭如美國的 Google、IBM、英特爾等紛紛積極布局研發,以便搶得先機,在未來的量子霸權時代位居要角。 具備嚴謹而追求完美的態度,團隊發展成熟的中大型系統備份服務,以最小的影響帶來最大的保障,同時擁有最佳化系統服務的技術,提供客戶不受限制的維護選擇。 量子計算(Quantum Computing)是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。 對照於傳統的通用電腦,其理論模型是通用圖靈機;通用的量子電腦,其理論模型是用量子力學規律重新詮釋的通用圖靈機。
量算科技: 團隊
李佩雯教授目前也與台灣半導體封測廠閎康科技,攜手進行產學合作計畫,針對量子計算關鍵組件的量子點進行結構和電性方面的技術開發。 特別是量子點及金屬電極的尺寸極小,在製作及分析上的困難度都非常高,因此需要許多高階分析技術的協助。 相關結構及成分分析技術,可參考聚焦離子束顯微鏡(FIB)、穿透式電子顯微鏡及X光能譜散佈分析(TEM/EDS)、電子背像散射繞射 量算科技 (EBSD),閎康科技也預計藉由產學合作,持續滿足量子元件研究上所需要的分析需求。 目前許多研究機構都是以手工打造設計組裝(ad hoc)的方式建構外部測試系統,以測量量子位元的量子狀態,惟在組裝多個任意波形產生器(AWG)、微波傳輸線、鎖相放大器的同時,各個儀器之間的串擾會衍生不可忽略的背景擾動,尤其是目前市售波形產生器或是轉導放大器的功能規格都只是差強人意(marginal)。
經典計算機是以半導體製程技術來擴充位元數目,所付出的代價是面積、製程整合複雜以及電路/系統設計困難等。 對量子計算而言,單單以製程工藝來擴充量子位元數目是不夠的,最困難的挑戰是如何精準地操控多個量子位元的相干與糾纏,因為每增加一個量子位元,其糾纏困難度是指數級的成長。 如果一個量子晶片無法精準控制多個量子位元的相干,那麼量子計算就毫無實用價值,故需要可以即時操控以及有效讀取量子狀態的低溫 CMOS 電路。 因此,依據量子尺寸效應,我們可以裁製量子點的直徑大小,進一步調整量子點的電子能結構 (electronic structure)、電荷分布、電學、光學、甚至多種物理性質。 低維度材料所擁有量子尺寸效應的優勢,已經成功地開闢了許多量子工程設計的範疇,只要能精準地掌控量子點的形狀、直徑、結晶品質、形變/應力和空間擺放位置,便可以大幅地增進與拓展感測(sensing)、影像(如量子點電視)及量子計算等應用。 量算科技有限公司 Quancom Tech 創立於2021年,集結了一群胸懷相同願景的技術人,保持開放的心態追求創新與卓越,專注投入數據、平台產品研發。
量算科技: 解決方案
因此,不論是測試儀器或是測試技術方法都亟待研發,以建立標準化或是通用的測試技術方法,得以有效地讀取半導體量子位元電荷或是自旋狀態。 然而,量子計算的基本概念乍看簡單,但是實際的硬/軟體技術門檻極高,目前全球各界對於實踐量子計算硬體的最佳方式仍尚未達成共識。 目前製造矽量子點的方法繁多,可以磊晶成長自組式(self-assembled)量子點(如圖三所示)[3],也可以採用微影光雕(lithographic patterning)技術(如圖四所示)[4、5] 等多種方式實現之。 「未來 3~5 年,是台灣發展量子運算的契機。」鴻海董事長劉揚偉認為,世界的量子產業生態已逐漸成型,而全球量子計算也正由理論基礎驗證快步走向應用。