一、 介紹

當半導體的摩爾定律走到盡頭之時，量子運算可提供另一個革命性突破以持續推動人工智慧與未來其他行業的發展。其原因為量子運算的規模比傳統電腦小，且其運算能力卻比半導體晶片強大。雖然量子運算仍處於起步階段，但發展相當迅速。雖然量子運算現在仍不會取代電腦，但量子運算正在解決世界上最強大的超級電腦也無法解決的高度複雜運算。
量子運算可能重塑幾乎所有領域的創新與競爭，包含密碼學、化學、工業製造、金融與物流產業。因此，量子科學將在全球經貿轉型中扮演重要的角色。本研究不是針對量子運算的技術分析報告，而是透過技術民族主義視角探討量子運算的最新整體發展，其中包括為什麼需要量子運算、各國間的量子運算競賽與個別對量子運算的展望、技術民族主義(techno-nationalism)與量子運算的未來三大部分。

二、 為什麼需要量子運算：量子運算的現實應用
目前為止，量子霸權僅限於解決非常複雜的數學問題。將量子運算用於現實應用將需要數千個量子位元，故量子運算仍需要多年發展才能達到應用階段。即使無法預測量子運算技術何時能運用於現實，但不難看出量子運算將從根本上重塑許多領域的競爭。以下討論幾個值得關注的領域：

(一)金融服務：金融機構近年來一直對量子運算的應用非常感興趣。其潛在用途包括最佳化投資組合、高頻交易演算法(high frequency trading algorithms)、詐騙偵測與網路安全系統中的「量子證明(quantum-proofing) 」等等。

(二)製藥、化學與醫療健康產業：COVID-19大流行期間，為利用強大的人工智慧與演算法以對COVID-19不同的變種病毒DNA進行定序，傳統電腦運算能力發展呈倍數成長。在不到一年的時間內，已利用全球公開資料所蒐集大數據開發了一系列的疫苗。因此，在癌症與其他疾病的藥物設計上，若能利用每秒可處理數十億次計算的量子運算，模擬化學組合、專業應用與其可能的外溢效益是非常驚人的。

(三)貿易、物流與運輸：先進的人工智慧技術與即時資料分析等應用已是物流與運輸產業的核心競爭力。量子運算能力以指數成長並因此增加人工智慧的運算能力，其應用內容除找到兩點間最快路線或配對乘客與司機外，也可考慮更多車輛以計算物流與運輸最安全與有效的路線。此外，智慧城市中，聯網車的資料可被用於永續與循環經濟，以減少碳排放與儲存汽車所產生的動能，以及最佳化共享經濟中的供需場景。

三、 各國間的量子運算競賽

(一) 各國政府
美國與中國正競逐如何利用量子運算於實際應用，其中包括運算、通訊與感測技術。這兩國的競賽主要著重於提高量子運算準確度，並開發出除了解決數學問題之外的現實生活應用。美國與中國皆提高量子運算的資金與提出新措施，以促進當地的量子技術研發、創新與戰略夥伴合作。例如，美國的創新與競爭法案(US Innovation and Competition Act)編列了2500億美元預算，其中半導體與量子運算被視為重點發展對象，其法案旨在鼓勵大型組織、大學、新創企業與政府機構間合作，以加速創新生態系統的發展。另一方面，中國也積極鼓勵量子技術創新，並已取得豐盛成果。2021年，安徽合肥量子信息科學國家實驗室投資100億美元，在光子量子運算(photonic quantum computing)與量子密鑰傳輸(Quantum Key Distribution ,QKD)領域取得重大突破。

其他擁有先進的量子研究中心的國家包括了日本、歐盟、台灣與韓國。此外，新加坡與以色列這兩個小國也在量子運算發展中擁有不成比例的龐大足跡，可以在國際中發展獨特的角色。在2021年，全球於量子技術的投資金額預估為220億美元，而其中中國佔比最大。

(二)專利分析
專利方面，中國所申請的量子技術專利數量為全球之最，且為美國數量的兩倍之多。中國顯然在量子技術的關鍵領域取得了創新的先機，尤其是在量子通訊與密碼學軟體等方面。相似地，美國在運算硬體與軟體專利方面拔得頭籌，而日本在通訊與密碼學硬體的專利處於領先地位。

(三) 參與量子運算企業
目前打造量子電腦的材料與主要參與企業名單如下
1. 超導(Superconduction)：美洲企業包含Intel、Quantum Circuits、Rigetti Computing、D-wave、Google AI quantum、IBMQ；歐洲、中東、非洲包含Oxford Quantum Circuits；亞太地區則有Alibaba
2. 離子阱(Trap Ion) ：美洲企業包含IONQ、Honeywell；歐洲、中東、非洲包含Alpine Quantum Technologies、Universal Quantum
3. 光子：美洲企業包含PsiQuantum、Xanadu、Quantum Technologies
4. 中性原子(Neutral Atomd) ：美洲企業包含QuEra Computing、Atom Computing
5. 矽：美洲企業包含Intel；亞太地區則有Silicon Quantum Computing
6. 其他：美洲企業包含Microsoft、EeroQ Quantum Hardware

(四)量子運算生體系企業
1. 量子加密：EYL、IDQ、MagiQ、TAQBit、Quintessence Labs
2. 硬體：Rigetti、Quantum Circuits、D-wave、IONQ、Optalysys、qutools、AQT、Turing
3. 軟體：QxBranch、Quantum Benchmark、QuSoft、Strangeworks、Q-CTRL、QBITLOGIC、1Qbit、Artiste-qb.net
4.量子電腦製造：Rigetti、Quantum Circuits、Turing、IONQ、Optalysys、D-wave、Qilimanjaro
5. 量子人工智慧：Qindom、QBITLOGIC、Xanadu、CQC
6. 光學量子電腦：Single Quantum、Sparrow Quantum、Quandela、QD Laser、PSIQ、Quantum Opus
7. 光學雲端運算：Rigetti、Q-CTRL、IONQ、D-wave、QC Ware
8. 量子電路：BraneCell、Silicon Quantum Computing、QuTel、Quantum Circuits

至今，量子運算領域在美國與歐洲最為活躍，也擁有最多利基參與者(niche players)。根據Quantum Daily資料顯示(該媒體主要對市場中具領導地位的公司進行研究、分析並提供數據)，美國公司在運算領域獨占鰲頭。基於對高度專業化的軟硬體與其他深度的服務需求，大型的成熟公司與科技新創將在未來量子霸權競賽中發揮重要的功能。美國與歐盟皆可善用其完善的金融市場、頂尖大學、研究機構與軍事安全情報機構。從政府角度而言，這為美國與歐盟提供優勢，因為它們可利用強大的技術民族主義的回饋循環以建立公私戰略合作夥伴關係。從數位貿易的觀點來看，美國與歐洲推動開放原始碼標準、開放銀行與增加服務貿易等措施，將為開發量子運用與商業化帶來許多好處。

四、 技術民族主義與量子運算的未來
從技術民族主義角度看，量子運算技術的未來將走向與半導體發展相同的道路。其中主要的利害關係人，包括政府、跨國公司、非政府組織與大學需要適應以下四個主要趨勢。
(一)對量子技術相關的硬體、軟體與人力資本的出口管制將需要新的風險管理策略。隨著越來越多的公司面臨被排除於全球價值鏈的威脅，這些公司需要深入研究他們合作夥伴的供應鏈與網絡。這也表示這些公司需要實施更嚴格的透明度控制，並利用資通訊科技追蹤受限制的實體、個人與技術。隨著美中科技冷戰加劇，國際層面的學術交流將面臨進一步的制約。在美國，國防高等研究計劃局 (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)與其他政府機構在監督與限制量子技術研究發揮積極作用，DARPA一直在積極監督公私合作夥伴關係(Public private partnerships)，例如量子經濟發展聯盟。

(二) 由於量子技術控制的強化，受影響的單位將訴諸於構築戰略生態系統的圍籬，而此舉措將導致更區域化與本土化的貿易發展。

(三) 國家與非國家的行動者將轉向增加「技術外交(techno-diplomacy)」的成分。這將包括努力遊說其他人排除某些團體參與研發社群，或阻止某些實體加入公私合作夥伴關係。例如，美國利用其影響力讓盟友與夥伴抵制中國的5G技術，或切斷實體名單上的半導體供應鏈公司，美國正採用類似的策略阻止中國量子技術的進入。

(四)日漸加劇的技術民族主義環境將增加對對量子相關倫理、標準和規則的需求。新的量子應用可能賦予具壟斷性的國家與非國家參與者不成比例的權力，而這將可能使阻止監視資本主義(Surveillance capitalism)和技術權威所造成負面影響的努力功虧一簣。例如，少數的華爾街投資銀行或科技巨頭—亞馬遜(Amazon)、谷歌(Google)、臉書(Facebook) 等公司—可能會利用量子運算以鞏固目前的主導地位。此外，監視資本主義日漸擴大的威脅，加上量子人工智慧，將讓解決現有的壟斷與寡頭行為的努力變得更複雜。

儘管下世代的量子科學尚未進入實際應用，但現在世界領先國家開始認真探討量子技術未來決定性的下一步。因為這將對貿易與地緣政治的未來狀態產生深遠影響。

五、 結論
量子技術可能對地緣政治和貿易造成深遠影響，並影響市場、國家與非國家行動者。新的量子驅動應用可以在競爭中造成決定性優勢，決定金融、物流、工業製造、製藥和材料科學等產業的贏家與輸家。量子運算也有望顛覆密碼學，並影響網路安全、資料隱私和保密。中美在研發與量子技術能力提升互相競爭，中國在密碼學與通訊相關的硬體和軟體方面處於領先，而美國在計算方面的軟硬體處於領先。此外，量子運算價值鏈也將面臨更多出口管制與資料、人力資本流動的限制。因此，量子運算迫切需要規則框架以符合道德地使用新技術與應用。