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作者：陳啟東特聘研究員暨量子電腦專題中心執行長（本院物理研究所與關鍵議題研究中心）

作者為瑞典查爾摩斯工業大學博士、日本NEC基礎研究所博士後研究，於2024年及2026年分別發表五位元及20位元超導量子電腦，為國內量子科技重大突破。其帶領的團隊建置全國量子晶片製程（QC-Fab）與測試（QC-Test）平台，做為臺灣量子自主研發與產學合作的基礎。

想像一下：傳統電腦像是一群士兵排隊依序執行命令，而量子電腦則像一支能同時分身數億次的特種部隊，能在極短時間內探索無數可能性。這不是科幻，而是量子計算帶來的革命性潛力。到2026年，量子計算應用已從概念走向實用雛形。透過量子模擬，我們有機會加速藥物分子與材料結構的探索；透過量子優化，產業可改善物流、金融風險與能源配置；透過量子與人工智慧的結合，更能提升AI的搜尋效率或模型訓練速度，創造新的運算模式。

在傳統電腦中，資訊由0或1組成的位元表示。而在量子電腦中，人造原子的基態（最低能階）定義為|0⟩，第一激發態則定義為|1⟩。透過激發訊號的精確控制，我們可以讓量子位元在|0⟩與|1⟩之間震盪。就像一枚在桌面上旋轉的硬幣，在停止旋轉前，它同時處於正面與反面的「疊加態」。量子邏輯閘不僅能操作單一硬幣，還能讓多枚硬幣形成糾纏態：一枚翻轉，其他枚瞬間同步，就像心電感應般有序。這種疊加與糾纏是量子計算的核心優勢，能夠並行處理大量邏輯運算，從而解決經典電腦難以應付的複雜問題。

量子電腦運算的最基本單元就是量子位元。一個合格的量子位元必須具備可區分的狀態、可操控的雙位元糾纏、以及可靠的讀取機制。量子位元有幾種表現量子態資訊的載體，例如以電荷、磁通或是相位為表徵的超導位元，以離子集體運動模式為表徵的離子阱位元，以原子的超精細基態或基態–Rydberg 態為表徵的中性原子，以及以光子數為表徵的光子位元。量子電腦已從基礎科學跨入大型工程實作，現今量子計算領域呈現多平台並行競逐的格局，各自發展出不同的優勢與應用場景。在下面我們簡述最有競爭力的四種平台到目前的進展：

四大量子計算平台：2026 年初技術現況

超導量子電腦是目前產業化程度最高的技術路線。IBM於2025年底推出Nighthawk 120量子位元處理器，採用新一代可調耦合器，支援多晶片模組化擴展，預計2026年可整合數千量子位元並執行7,500道閘操作；搭配低密度奇偶校驗碼（LDPC），錯誤校正效率提升達10倍，預期於2026年底展示量子優勢。Google的Willow 105量子位元晶片則透過「量子回音」演算法，執行了傳統超級電腦需13,000倍時間方能完成的運算，單量子位元保真度達99.97%，是量子優勢可驗證的重要里程碑。Rigetti與富士通／理研亦分別推進100個以上及256個量子位元的系統，研發重點轉向閘操作品質與晶片互連技術。

離子阱量子電腦最新技術進展在於光子晶片整合（Photonic Chips），有效解決了過去龐大光學設備難以微型化的問題，顯著提升離子冷卻速度與操作精度。以 Quantinuum 與 IonQ 為代表的離子阱技術，在2026年均展現出極高的閘控制保真度。IonQ於2025年提前交付Tempo架構系統，物理量子位元數突破100個，雙量子位元保真度達99.99%；Quantinuum的Helios系統（98個物理量子位元／48個邏輯量子位元）則創下單量子位元保真度99.9975%、雙量子位元保真度99.921%的基準測試紀錄，同時大幅簡化錯誤校正流程。目前離子阱系統已能穩定操作數百個具備「全連接性」的物理量子位元，並在量子糾錯性能上持續領先，成為高精度量子運算的重要選擇。

中性原子量子電腦最新突破在於有效抑制了原子在運算過程中的流失問題，並透過 Rydberg 態 實現了高效率的邏輯閘操作，使其在量子模擬與複雜優化問題上展現出色性能。Pasqal於2026年2月向義大利CINECA交付140個量子位元以上的系統，並推出Vela QPU（256個以上高品質量子位元），2025年已成功示範邏輯量子位元運算。QuEra與Atom Computing則在光學鑷子陣列平台上達成28個邏輯量子位元的操控，此平台易於與HPC超級電腦混合部署，且無需極低溫環境，非常適合大規模量子模擬與優化應用。

光子量子電腦憑藉室溫運算與現成電信網路集成的獨特優勢備受關注。PsiQuantum的Omega晶片採用GlobalFoundries 300 mm製程，整合單光子源與偵測器，目標是打造百萬量子位元的資料中心級量子系統。Xanadu的Aurora 12量子位元通用光子原型機結合PennyLane軟體框架，其Borealis系統已展示高斯玻色取樣優勢。ORCA Computing的PT-2系統（約90個量子位元）採用光纖架構，可在室溫下運作、支援模組化升級，與傳統AI工作流的整合亦相當順暢。

總體而言，截至2026年初，四大量子電腦架構各有所長、互補並進：超導與離子阱平台著重追求高保真度的精確計算，中性原子與光子平台則致力於大規模擴展與系統整合。展望未來，量子電腦發展或將走向異質整合，融合不同平台的優勢，協同解決更複雜的計算難題。

若從整體產業鏈的技術成熟度與系統整合性來看，超導量子電腦相對展現出較為顯著的優勢，特別是臺灣在半導體與精密製程等相關產業領域已長期深耕，具備堅實的技術基礎與國際競爭力。鑒於超導量子電腦與臺灣產業發展關係最為密切，以下將進一步介紹其核心技術原理。

超導量子電腦：
超導量子電腦的核心元件為「約瑟夫森結」（Josephson junction），這是一種由超導體／絕緣層／超導體構成的奈米尺度結構。當庫柏電子對穿隧通過極薄絕緣層時，會形成非線性的電流—電壓關係，使其等效為非線性電感。與電容組合後，即構成能階離散且不等距的量子振盪器，也就是「人造原子」。

然而，真正的挑戰並不僅在單一元件，而在於高品質量子晶片的穩定製作與大規模整合。如何在提升位元數的同時維持長相干時間與高保真度，是全球共同面對的工程難題。

中研院量子電腦專題中心的進展:
中研院關鍵議題研究中心下的量子電腦專題中心是以建構具高相干性、高保真度與良好可擴展性的超導量子電腦為長期目標。量子電腦專題中心在2024年發表了五位元的系統，並在2026年發表了20位元系統，這不僅為晶片設計、製作與量測技術的系統整合提供了實作測試平台，亦為邁向更大規模量子處理器奠定了重要基礎。

我們從單量子位元、耦合雙位元，逐步推進至耦合五位元晶片的設計與驗證，並規劃進一步發展多位元晶片的設計、製造、系統整合與控制軟體。如圖ㄧ所示，整體研發架構依據模組化邏輯劃分為「晶片設計」、「製程研發」與「量測控制系統」，其中量測控制系統又可細分為「系統硬體架構」與「控制軟體開發」。整體目標是最終提供完整的使用者介面，支援多種量子演算法的開發與驗證。

在晶片設計方面，我們首先聚焦於單量子位元與耦合雙位元的開發，深入探討不同量子位元架構與耦合策略，例如接地型 與懸浮型的量子位元(Transmon)之特性比較，透過量測確認最佳參數組合。透過比較獨立位元與多位元晶片中 qubit 的 T₁ 時間(可以想成是激發態的鬆弛時間)，以深入研究晶片設計對相干性的影響。多位元架構有助於測試耦合器、共振腔、Purcell filter、讀取線、微波與磁控線等元件的設計。此外，我們也著手進行上下層元件的佈局設計與訊號路徑安排，並進行可行性分析。圖二是20位元晶片的部分放大相片。

在製程研發方面，我們首先針對獨立量子位元進行 T₁ 鬆弛時間分析，找出並優化影響其穩定性的關鍵製程步驟，也同步建立金屬表面污染管控與絕緣層精確去除的清潔製程技術。

在約瑟夫森接面電阻控制，我們透過大量元件分析，系統性地掌握影響接面電阻值的關鍵因素，並開發雷射及電流微調接面電阻的技術。為因應多位元晶片需求，我們已完成空橋(airbridge)與銦對壓flip-chip製程的優化，以提高跨層連通性與結構可靠性；並建置支援覆晶封裝的量子製程技術，以滿足大規模系統的垂直互連需求。

在量測系統硬體整合方面，我們設計了具電磁波與熱屏蔽功能的晶片盒，支援量子晶片的安裝與操作，並搭配低溫與室溫同軸線的配置方案。晶片盒設計亦考慮到電路板訊號的延遲與失真問題，確保操作穩定性。訊號讀出鏈路包含參數放大器(parametric amplifier)與低雜訊放大器(LNA)，並與共振腔頻率精準對應，以達成最佳讀取性能。圖三是目前測試中的20位元系統的相片。

量子態的讀取與邏輯閘控制訊號的精確設計，是決定量子晶片整體的核心關鍵技術。我們首先聚焦於量子位元態之辨識與讀取機制優化，提升讀取的正確率。隨後發展與優化各種單位元與雙位元邏輯閘之驅動訊號，以追求更快的閘操作速度與更高的保真度。我們亦開發多種邏輯閘保真度量測工具(benchmarking)，作為後續演算法最佳化與晶片效能評估的重要量化指標。

針對多位元系統，我們正開發支援多位元糾纏(GHZ態)操作的邏輯閘程式與 repetition code 編碼與解碼機制，並發展自動化程式進行邏輯閘運作與校正，以滿足實際應用的運作需求。同時我們也與合作者結合 GPU 計算資源，進行交叉熵基準測試(XEB)與 digital twin 模擬，為未來的古典-量子混合運算( 如VQE、QAOA與QML )平台及量子糾錯(QEC)等演算法鋪路。

展望

量子電腦專題中心不僅專注於短期的晶片製作與效能測試，更積極推動中長期的大規模量子系統開發與應用導向研究。為強化在地量子硬體研發能量，我們亦於中研院南部院區建置兩大關鍵設施：「量子晶片製程研發平台（Quantum Chip Fabrication Space, QC-Fab）」與「量子計算測試平台（Quantum Computing Test Space, QC-Test）」。QC-Fab提供量子晶片委託製作服務，QC-Test則支援從硬體驅動到上層控制的全棧整合測試環境。藉由QC-Fab與QC-Test兩大平台，我們將持續與國內外學術研究機構及產業界深度合作，逐步建構具有國際競爭力的量子硬體研發與產業化基礎，為臺灣在量子科技領域奠定重要優勢。