台湾力争将芯片领先优势转化为量子技术优势

台湾的芯片领先地位为何对量子计算至关重要

台湾的芯片制造实力是推动建立本土量子计算生态系统的核心。近几日，中央研究院和工业技术研究院的资深人士呼吁政府与业界将台湾的半导体优势转化为推动量子硬件、软件和人才发展的动力。从量子比特器件到低温控制电子设备，芯片都是各类量子系统的核心。这为台湾提供了一个务实的机会，使其能够以超出自身规模所预示的速度向前迈进。

量子机器的独特之处在于量子比特，这种器件可以同时处于多种状态。量子比特十分脆弱，热量、振动和杂散电信号都会迅速破坏其中的信息。多数设计在接近绝对零度的环境下运行。用于产生、测量和控制量子比特的芯片，必须在低温下保持精确、低噪声和可靠。制造这类部件需要运用与先进半导体制造相同的技术，包括精密光刻、先进材料和高良率制程控制。

台湾目前生产着全球大部分用于驱动人工智能和高性能计算的尖端逻辑芯片。分析人士估计，全球平台所用最先进制程节点中，约90%来自台湾晶圆厂。台湾在封装和测试领域也居于领先地位，而这对连接高密度器件、并使其能够装入稀释制冷机至关重要。正是这些优势的组合，让当地专家认为台湾能够将芯片领域的领先地位转化为量子技术的实际进展。

从晶圆厂到量子比特：哪些能力可以延续

现代半导体生产中的多项能力可以直接转用于量子研究。超精密光刻和洁净室规范有助于制造超导电路中的量子比特结构以及硅量子点。先进封装和互连技术有助于将数千条控制线路引入低温环境，同时避免增加噪声。成熟的制程控制能够提升一致性和良率，这两个因素限制着当前量子器件的规模化。在电子设备方面，台湾在射频芯片和高速接口领域的经验，有助于设计靠近量子比特、能够降低布线复杂度的低温控制芯片。

台北专家目前提出的建议

中央研究院关键议题研究中心特聘研究员、量子计算主题中心执行官陈启东提出了一个明确目标：在本土建立能力。他认为，台湾应开展涵盖器件、控制软件和测试平台的全栈式工作。

在阐述推动国家层面发展量子技术的理由时，陈启东表示，台湾应将芯片优势转化为完整的量子计划，并培养跨领域专业人才。他直言：

台湾在半导体领域拥有绝对优势，应利用这一优势打造自己的量子计算生态系统并培育本土人才。

他还呼吁研发一台台湾制造的实用原型机。建造本土量子计算机不仅具有象征意义，亲自动手研发也将带动整个产业链的供应商学习和工具开发。陈启东解释说：

自主研发量子计算机将推动相关硬件和控制软件取得进展。

工业技术研究院产业科技国际策略发展所所长林昭宪提出了一套政策和产业行动方案。他呼吁台湾聚焦与人工智能相关的量子核心技术，与美国、欧洲和日本建立供应链合作，强化产学合作，并打造加速商业化的研究与验证平台。他还呼吁制定风险、数据主权和伦理方面的规则，并推进支持跨领域人才发展的法律和教育改革。他这样阐述其中的利害关系：

继人工智能之后，量子技术已成为新的战略前沿。约有30个国家已将其纳入国家发展计划。

林昭宪的方案还提出采取生态系统发展路径：建立国家级试验平台，让初创企业和大学验证构想；打造与阶段性目标挂钩的资金支持渠道；并制定计划，将研究模块转化为工业级子系统。其目标是加快学习迭代、缩短实验室成果到试点部署之间的时间，并为工程师从经典芯片岗位转向量子项目提供更清晰的路径。

台湾在全球竞赛中的定位

量子技术如今已成为围绕芯片、计算和战略产业展开的更广泛竞争的一部分。美国及其盟友正通过公共计划和私人合作大规模投资，同时收紧面向中国的先进工具出口规定。在公共资金支持下，台积电扩大在亚利桑那州的布局，反映出各方正努力建设先进半导体的韧性产能。这些举措正在重塑敏感研究的开展地点以及未来供应链的布局。

中国则在大力投资，以减少对外国技术的依赖。政策性银行、国家基金和省级计划为本土芯片与量子项目提供支持，同时配合人才招募以及对战略材料的新限制。这种投入提高了台湾面临的利害程度。台湾的芯片产业位于全球价值链的核心，但也面临着在海外复制产能和管理政策风险的压力。

对台湾而言，机遇与风险并存，这说明必须采取行动。台湾可以通过可靠的伙伴关系加入国际量子联盟，同时将高价值工作留在本土。台湾还可以定位为连接经典芯片与量子实验的桥梁，而这一领域正是台湾已经具备规模、技术知识和深厚供应商基础的地方。

哪些硬件路线适合台湾

目前还没有哪一种量子比特设计胜出。每种主流路线在抗噪能力、运行温度、门操作速度和制造难易度方面都有各自的权衡。台湾不必覆盖所有路线。更好的策略是选择与现有芯片优势和供应商集群相契合的细分领域，再将这些环节整合进全球计划。

超导电路

超导量子比特采用制作在薄膜上的约瑟夫森结，在极低温下可实现零电阻导电。制造过程需要洁净的超导薄膜、精确图形化和细致的表面处理。最大的瓶颈在于低温封装和微波控制。台湾先进封装企业可以开发低损耗中介层和三维布线，将微波信号传入低温级。当地电子团队可以设计紧凑型控制模块和滤波器，以限制噪声。测试实验室可以专攻校准流程，缩短在稀释制冷机中启动新芯片所需的时间。

硅自旋量子比特

硅自旋量子比特由成熟半导体材料堆栈中的量子点构成，其吸引力显而易见。理论上，这类器件可以沿用先进晶圆厂现有的光刻和制程控制技术。全球项目表明，硅自旋器件可以用常规设备生产，再与低温控制电路配套。如果量子比特能在接近4开尔文而非毫开尔文的温度下运行，就更容易与低温CMOS集成，也能简化布线。台湾的晶圆代工厂和设计公司非常适合探索这一路线，尤其是在国家项目资助共享制程开发套件、穿梭式试产和低温电子设计自动化工具的情况下。

光子与离子系统

囚禁离子和光子量子比特更多依赖精密光学器件、激光器和真空系统，而非传统硅制程。即便如此，台湾也能有所贡献。集成光子学、光学封装和特种材料，都是现有供应商可以发挥并拓展自身技术的领域。大学可以在稳定激光光源、光学交换和安全通信量子中继器方面发挥带头作用。

所有技术路线都反复呈现出两个共同主题。第一，低温基础设施和测量人才不可或缺。第二，结合量子处理器与经典加速器的混合设计将主导早期应用。台湾靠近高性能计算供应链，这对混合计算模式而言是一项结构性优势。

人才与教育

量子计算融合了物理学、计算机科学、电气工程、材料科学和应用数学。陈启东强调，专业能力的培养需要时间，并鼓励物理学、信息科学、电气工程和电子学领域的学生及职业中期工程师投身这一领域。通过课程体系，让新入行者从线性代数和量子力学逐步学习控制理论和低温工程，可以帮助他们尽快掌握相关知识。

台湾已开始着手组织相关工作。台湾量子计划办公室（2021年）和国家量子团队（2022年）相继成立，五年预算总额约为2.59亿美元。两者的计划涵盖量子计算机硬件、光学、软件和应用。当地项目已报告取得包括自主研发量子计算机在内的原型成果，并展示了量子密钥分发技术。台湾也积极发展后量子密码学，并设有量子安全迁移中心，协助机构规划升级，以应对未来量子机器带来的攻击。

合作与治理

官员和研究人员认为，台湾应在研究和供应链领域深化与美国、欧洲和日本的合作。参与全球计划可以获得共享试验平台、试产机会和标准方面的支持。与印度合作也是一个有潜力的渠道，因为印度制定了国家量子使命，并在量子通信和传感方面具备优势。联合项目可以将台湾在器件和芯片方面的专长，与合作伙伴在算法、计量和网络化系统方面的优势结合起来。

治理问题也需要重视。林昭宪呼吁建立涵盖风险评估、数据主权和伦理的综合框架。关键基础设施向后量子密码学的过渡应制定时间表并进行测试，同时设定采购和合规阶段性目标。出口管制规则、知识产权保护和安全协议将决定谁能参与哪些项目，以及哪些设备可以共享。明确的政策既能减少初创企业和研究人员的不确定性，也有助于建立与国际伙伴之间的信任。

台湾必须解决的障碍

专用设备十分短缺。稀释制冷机、低温探针台和高频测量设备价格昂贵且供应不足。共享设施可以缓解这一瓶颈，但需要持续资金和专业操作人员。晶圆厂产能也是一个限制因素，因为生产线已被需求旺盛的人工智能和服务器芯片占满。如果没有专用制程模块和穿梭式试产安排，量子器件就只能排在商业订单之后等待生产。

业界案例说明了半导体工具与量子研究紧密结合的重要性。海外大型项目正在使用标准制程探索硅自旋量子比特，同时围绕这些器件开发低温控制芯片和测试基础设施。值得借鉴的并不是台湾必须照搬某一种路线，而是量子团队如今就需要获得先进光刻、计量和封装能力。如果台湾投入相应工具、人才和时间，就有能力探索这些路线。

近期计划与里程碑

台湾国家科学及技术委员会计划于2026年启动量子计算主机建设项目。其目标是将量子主机与高性能计算平台连接起来，打造研究人员和业界均可使用的混合计算资源。这与全球趋势一致，即将量子处理器与超级计算机和人工智能加速器配对，以处理实际工作负载。

若干具体举措可以加快进展。建设配备多个制冷机位并提供服务的国家级低温中心，可以缩短实验等待时间。开展低温CMOS控制芯片计划，可以吸引设计公司进入这一领域，并打造可重复使用的基础模块。为超导和自旋量子比特建设试点封装产线，可让团队迭代开发低损耗互连和三维布线。定期开展配备量子器件专用制程开发套件的穿梭式试产，有助于积累器件数据并提高良率。公共测试与验证平台可以为初创企业提供验证组件的场所，而与明确技术里程碑挂钩的创新基金，则有助于弥合实验室成果与早期产品之间的差距。

优先考虑的应用场景

多个应用领域与台湾的优势相契合。在半导体领域，量子启发算法以及未来的小型量子加速器可以助力材料发现、制程模拟和设计优化。在网络安全领域，政府部门和金融机构可以规划向后量子密码学过渡，并测试用于敏感信息传输的量子通信链路。硬件成熟后，量子方法或可应用于医疗保健领域的蛋白质建模或影像重建。在能源和制造业领域，量子与经典计算混合工作流可以改善复杂供应链内部的排程和物流。即便大型容错量子机器尚未问世，这些应用路线也都值得尽早测试。

要点

• 中央研究院的陈启东呼吁台湾自主研发量子计算机，以推动硬件、控制软件和测试领域的发展。
• 工业技术研究院的林昭宪呼吁制定国家计划，聚焦与人工智能相关的核心技术、全球合作、风险与数据治理，以及研究与验证平台。
• 台湾在制造、封装和测试方面的芯片优势，可以支持超导、硅自旋和光子量子项目。
• 地缘政治正在重塑供应链。美国及其盟友加大投资并收紧管制，中国则推动自主发展。
• 台湾已建立国家级项目，包括台湾量子计划办公室（2021年）和国家量子团队（2022年），并配有多年期预算。
• 主要短板包括低温基础设施有限、专用设备稀缺以及晶圆厂产能难以获得。共享设施和专用穿梭式试产可以提供帮助。
• 台湾国家科学及技术委员会计划于2026年启动量子与高性能计算整合项目，打造供研究和业界使用的混合计算资源。
• 优先应用场景包括材料与芯片研发、后量子密码学、量子通信和供应链优化。