《量子電腦的興起以及所帶來的影響》（下）⠀ ⠀ 本文編輯 | 張泳泰⠀ ⠀ 專欄文章 | 完稿日期2021/2/27⠀ ⠀ （續上篇）⠀ ⠀ ❐量子電腦所帶來的影響⠀ 1️⃣人工智能：⠀ 人工智能的強項在於大數據分析而在數據與數據複雜性不斷增長的情況下，傳統電腦的運算能力面臨越來越大的壓力，但隨著量子電腦的出現量子運算的平行性能夠幫助AI更快速的比對數據間的差異與整合各項數據，這樣不僅排解原本的運算壓力更讓AI的學習能力更上一層樓。⠀ ⠀ 2️⃣RSA加密演算法：⠀ RSA加密演算法是一種非對稱加密演算法，基礎的加密原理是運用極大整數質因數分解的難度造成電腦必須耗費巨額時間運算，而讓破解變得不可行藉此達到保密效果。但是RSA演算法本身具有週期性，而這種有週期性的問題正好是量子電腦擅長的領域。⠀ ⠀ 雖然目前的量子電腦還沒有足夠的能力破解RSA演算法，但難以保證在十年後RSA演算法還能繼續保護我們的資訊，且RSA的應用範圍相當廣泛，從社群媒體到軍事通訊都是它的應用範圍，若在沒有準備的情況下遭到破解，後果將難以設想。對此美國國家標準與技術研究院早在2012年就開始後量子加密專案，目的在於找出能夠對抗量子電腦的加密系統。⠀ ⠀ 3️⃣化學製藥與材料研發：⠀ 傳統電腦在模擬化學反應時，常常需要簡化電子間的強互動，避免資訊量過大導致傳統電腦無法運算，但在某些化學反應中，電子間的強互動卻是關注的重點之一，如果簡化便無法了解真實的化學反應造成模擬上的困難，其中高溫超導體材料、含金屬的酵素活性位點等等都是無法用傳統電腦模擬的。而量子電腦的運算能力能夠解決這樣的問題讓新藥和新材料的研發更加順利。⠀ ⠀ 4️⃣半導體產業面臨的問題：⠀ 隨著晶片研製越來越接近摩爾定律末期，半導體產業面臨了該如何處理發生在晶片上的量子效應、成本增長、晶片良率下降等問題，而目前半導體產業界目前的做法是導入EUV（極紫外光刻）技術，或者使用異質整合利用半導體技術將兩種不同的晶片垂直整合在一起。而現在量子電腦的出現也成了解決摩爾定律瓶頸的方案之一。⠀ ⠀ -⠀ ⠀ ❐世界各國對量子科技的投入⠀ 由於全世界對於量子領域的投入不是只有量子電腦，而是更全方位的投入量子加密技術、量子通訊、量子感測器等等量子科技，所以下面的內容與政策含括的將不只有量子電腦。⠀ ⠀ 🇺🇲美國：⠀ 隨著美中競爭越演越烈，量子電腦的研製也成為了中美競爭的新戰場。美國在2018年由能源部宣布要投入2.18億美元約新台幣65億在發展量子電腦軟硬體、量子新材料合成等等領域，並在同年通過一個量子電腦法案，將要在2023年前投入13億美元約新台幣400億，全力發展量子科技，美國議員拉馬爾·S·史密斯（Lamar Smith）也曾說過：「這是一場我們必須贏的比賽」徹底表現出美國在這場量子競賽的決心。⠀ ⠀ 🇨🇳中國：⠀ 作為美國最強而有力的競爭對手，中國在量子領域的投入也不遑多讓，中國除了九章量子電腦以外，還在2016年時發射了量子衛星墨子號，朝向量子通訊的研究方向前進，由於量子通訊本身不是依靠加密技術來保障資訊安全，而是利用量子的基本原理來保障安全，所以只要發展順利中國便可徹底解決資安問題。⠀ ⠀ 🇪🇺歐盟：⠀ 歐盟在2016年發布量子宣言，並在2018年正式啟動量子旗艦計畫，該計畫時間長達10年，預計投入10億歐元約新台幣350億，致力於發展量子通訊、量子計算、量子模擬等等項目，而此項計劃有四個目的，分別為提升歐盟量子工業競爭力使歐洲成為未來工業的領頭羊、擴大歐洲在量子領域研究、吸引新創業務與量子科技投資、期望量子科技能在能源、健康、安全、環境等領域的問題上提供更好的解決方案。⠀ ⠀ -⠀ ⠀ ❐台灣對量子電腦的規劃⠀ 由於台灣不像中美擁有大量資源能夠投資在量子產業中，因此政府希望能夠在量子產業鏈中扮演關鍵技術的提供者，藉由台灣目前半導體產業優勢發展量子晶片，並且結合產官學三方共同發展。⠀ ⠀ 而政府方面在2020年由科技部、經濟部、中央研究院跨部門成立國家量子隊，預計在5年內投入80億新台幣發展量子元件和物理、量子演算法、量子通訊與量子計算機。⠀ ⠀ 產業方面鴻海集團與中原大學合作量子電腦學分專班，也和台大物理系的Q-Hub實驗室合作，並舉辦營隊培養量子人才。學界方面則是有台大IBM量子中心，為全球第 7 個可以使用 IBM 量子電腦技術的地方，致力培養量子軟硬體人才。⠀ ⠀ -⠀ ⠀ ❐附錄⠀ 1️⃣富岳：⠀ 富士通與日本理化學研究所共同開發的超級電腦，為世界上最快的超級電腦。⠀ ⠀ 2️⃣非對稱加密：⠀ 簡單來說就是產出一對公鑰與私鑰，私鑰不能外流而公鑰可以交給任何一個人，那個人再透過公鑰將他想傳達的訊息加密回傳給你，而你就能夠利用私鑰進行解密讀取訊息。⠀ ⠀ 3️⃣摩爾定律：⠀ 主要是在描述積體電路每過18個月電晶體的數目就會成長一倍，即晶片效能將提升一倍。另外摩爾定律並非是某種科學定律，只是對於未來的推測。⠀ ⠀ 4️⃣量子疊加態：⠀ 粒子能夠同時存在不同的量子態，而必須要所有量子態疊加才能完整的描述粒子的狀況。⠀ ⠀ 5️⃣量子糾纏：⠀ 兩個或兩個以上的粒子形成的系統中，即使粒子間隔非常大仍然能夠互相影響的現象。

良率其實很難提升喔，#科科 有時候我們會在半導體相關的新聞裡聽到某某廠商的晶圓良率很好，或是良率不佳要進行提升。 「良率」兩個字聽上去就是越高越好啊，但是......它真能說升就升這麼簡單嗎？ _ 首先，讓我們聊聊「良率」的定義是什麼。 良率呢，簡單來說就=良品數 / 實際生産數，當然啦，如果良品數越高，能獲得的收益也會較高。 而當良率到達了一定的標準，才能夠穩定量產。 過去在判斷良品數時，曾使用肉眼判斷晶粒表面的缺陷，像是微粒、污染、變色或缺損等等，近年來，則有許多自動檢測系統協助確認品質。 對各大晶圓廠而言，如何同時把晶圓直徑越做越大、元件越做越小，同時還得維持一定的良率，正是它們必須面對的考驗。 _ 好啦，那讓我們開啟慣老闆模式，再問一次那關鍵的問題：啊是為什麼很難升？ 這是因為電晶體實在是太、小、啦！ 電晶體是奈米等級的東西，比你我體內的細胞都還要小上許多，更別說晶圓製造還須經過四大製程：薄膜、黃光、蝕刻、擴散。 在製造的過程中，但凡出現任何一絲絲雜質，都會影響產品良率。 這充滿變數的過程，需得過關斬將，拿「蝕刻」的部分來說好了，刻得太淺不行、刻得太深也不行，萬一出現了問題，可能要重新校準機具、調整原料，或是重寫蝕刻程式，實在有太多參數與方向可以進行調整。 總之，良率這項指標，如果可以更高，誰想要它低，但實踐起來可一點兒都不容易啊。 _ 參考資料：黃., Huang, C., 張., & Chang, Y. Edward (2009). 《針對半導體製程金屬層良率提昇研究》、維基百科《設備效率評價》、電子製造，工作狂人《直通率(First Pass Yield, FPY)是什麼？該如何計算》、張., Chang, Y., 彭., & Perng, D. (2008).《晶粒表面缺陷自動視覺檢測系統之設計與開發》 _ 用科學預見半導體的未來！PanSci 泛科學現正強力徵件！邀請半導體領域專家、研究者、學生來與臺灣最大的科學社群分享你最懂的半導體科學主題～不管是評論、科普、還是圖文影音，都歡迎與我們聯繫：[email protected] _ #泛科學 #科學 #半導體 #台積電 #股市 #股票 #投資 #良率 #品管 #品質 #工業 #工程 #管理 #台積電 #工廠 #電子業 #光電 #晶圓 #老闆 #勞工 #電子製造 #薄膜 #蝕刻 #良品 #科科吐槽

【#科學腦洞時間】 如果無塵室跑進了老鼠，會怎樣？ 無塵室顧名思義就是個非常乾淨的地方，如果不小心溜進了一隻大肥鼠，到底會怎樣呢？ _ 🐭 首先，哆啦Ａ夢可能會大尖叫！（等等，為什麼你出現在這？！） 接著可能會有人問：「外門有關嗎？」、「要不要打電話叫別人來啊？」 然後再有人崩潰地反問：「是要昭告天下我們把所有設備都汙染了嗎！？」 正當大夥七嘴八舌地討論著這尷尬的情況，終於有人提議：「不如我們直接把牠趕出去吧！」 （你知道這情節在哪出現過嗎？） _ 🐭 好啦，如果真有一隻老鼠像鬼滅之刃裡的忍鼠那般身手敏捷、天賦異稟，突破重重關卡，帶著一身細菌闖入無塵室！那無塵室可就得砍掉重練了。 這時候就得看這間無塵室是哪種無塵室，如果是追求「一絲塵粒都沒有」的半導體產業、電子工業、光學產業無塵室，即使出現小於 1 微米 (μm) 的塵粒也很母湯，得想辦法將所有塵粒通通消除。 這時可以利用淨化空調系統，並讓無塵室維持在正壓，使室內空氣流出去、處理過的乾淨空氣流進來。 接著，還得想辦法將環境中的溫度、濕度控制在一定範圍內（溫度 23 ± 2 ℃；濕度 40% ± 5%），設備才能無憂地在裡面運作。 而在醫療、醫材或食品產業的無塵室，則追求無菌、無微生物，以避免造成污染或感染， 那我們可以利用壓力下的飽和蒸汽，改變及凝固微生物蛋白質或蛋白酶系統，這便是所謂的「高壓蒸汽滅菌」。 又或者，使出環氧乙烷 (C2H4O) 氣體，讓它跟 DNA 產生不可逆的共價結合，殺滅細菌與真菌。 _ 🐭 即使老鼠進不了無塵室，無塵室還是有被汙染的風險哦！ 2018 年，NASA 一間負責研究來自外太空隕石的無塵室（像是阿波羅計畫帶回來的月球岩石），就發生了真菌汙染事件。 研究人員們在存儲隕石樣品前，進行了初步清洗工作，防止細菌或其他微生物孳生。 但在隕石實驗室中，有 83% 到 97% 的微生物是真菌，如果用一般無塵室的清理方式可能不太夠！ 這是因為真菌相當容易穿透樣品、長出菌絲分枝，導致這些樣品產生了化學變化，整組壞光光...... 經過這次的事件，研究人員們也特別呼籲，其他無塵室要特別注意類似的事件，否則實驗就白忙一場了！ _ 參考資料：遠見雜誌《現場直擊！台積電全球最大晶圓廠》、丁志華《漫游 IC 無塵室》、wiki《無塵室》、Science《NASA ‘clean’ room is contaminated with fungus》、疾管署《消毒與滅菌、供應中心之 消毒與滅菌、供應中心之感染管制措施》 _ 用科學預見半導體的未來！PanSci 泛科學現正強力徵件！邀請半導體領域專家、研究者、學生來與臺灣最大的科學社群分享你最懂的半導體科學主題～不管是評論、科普、還是圖文影音，都歡迎與我們聯繫：[email protected] _ #泛科學 #科學 #腦洞 #腦洞大開 #老鼠 #無塵室 #溫度 #濕度 #壓力 #塵粒 #灰塵 #微生物 #積體電路 #IC #產業 #半導體 #潔淨室 #cleanroom #濾網 #單向門 #mouse #rat #台積電 #實驗 #研究 #晶圓 #代工 #材料 #環境