去聽「量子科技」演講/ 呂榮海
2026 年8月10 日下午去聽一場量子科技的課，不知能否聽懂百分之30？由台灣大學電機博士張勤煜教授主講。
茲摘記若干札記：
1、某一個物理量存在最小不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的（不連續的），並且把最小單位稱為「量子（Quantum)」；量子不是粒子本身，而是粒子的狀態（不連續的）或是特性。理論上使用61 種「基本粒子」（36種夸克、12 種輕子、一種光子、8 種膠子、4 種玻色子）或由基本粒子組合而成的「複合粒子」都可以產生量子。
2、由於大部分基本粒子難以控制，因此目前常用來產生量子的基本粒子包括光子的偏振、電子的自旋或是複合粒子。
3、波粒二象性： 任何物質同時具有波動與粒子的雙重特性，電子因爲質量很小可以測出波動特性，棒球很大無法量測出波動特性。
4、材料的尺寸小於100 奈米（n m)以下的，造成原子大部分分部在表面，表面原子愈多，未鍵結電子愈多，化學活性愈強，與伝統固體不同。例如奈米金的顏色看起來是黑色及可作為催化劑不同於黃金的黃色及頓性。
5、量子局限效應（Quantum confinement effect ) : 材料的尺寸小於100 奈米以後，造成材料的光電磁聲等物理現象改變，與伝統的固體不同。例如、固態矽不會發光，奈米矽會發光，顆粒愈小，發光愈強，伝統半導體的發光顏色和材料種類有關，砷化鎵紅光、磷化鋁綠光、氮化鎵藍光。尺寸愈小，發光強度愈強，發光波長愈短（藍色，這個現象叫「藍移（Blue shift),具有這種現象的材料稱為「量子點」（Q Dot)., 使用量子點取代白光二極體的螢光粉稱為「量子點發光二極體」（QD-LED),以之作為背光源的液晶電視為「量子點電視」。
6、量子穿隧效果（Quantum tunneling effect): 塑膠、陶瓷都是絕緣體，電子無法穿透，但尺寸小於100 奈米以下實在太薄了，電子竞然可以任意穿透，稱為「量子穿隧效應」。電子產品的快閃記憶體、固態硬碟都是使用量子穿隧效應的原理儲存資料。
7、積體電路製程中氧化矽多用來作絕缘體，不能導電。但閘極長度小於100 奈米的氧化矽可能因量子穿隧效應必須改用其他材料，如六方氮化硼（h-BN)。
8、關鍵時刻？見光死？
目前的光電元件已經做出來、量產，量子理論（量子局限效應、量子穿隧效應）可用來解釋已經賣掉的電子元件。
但利用粒子的「量子糾纏（Entanglement )」與「量子疊加（Superposition 」 進行「量子計算」、「量子電腦」、「量子通訊」等創新應用，如果量子理論是對，還必須克制工程上的困難才能實現，如果量子理論𠕇錯，那可能變成幻想（見光死？）
9、量子疊加（Quantum superposition)
粒子本身的狀態或特性根據薛丁格方程式的綫性關系，一個量子系統的量子疊加可以是幾種不同「本徵態（Eigen state) 與「本徵值（Eigen value」的線性組合。
10、量子糾纏Quantum entanglement): 粒子與粒子之間的關聯
兩個以上的粒子之間互相關聯的現象，即使相距很遠仍然互相影響，一個粒子的狀態改變會影響另外一個粒子的狀態。當一個粒子的狀態改變會影響到另外一個粒子的狀態；當我們測量一個粒子造成粒子崩塌，則另外一個粒子也產生崩塌。
粒子疊加、粒子糾纒稱為「粒子效應（Quantum effect) ! 粒子效應消失包合以下量子崩塌及量子退相干。
11、量子崩塌（Quantum collapse )
量子系統與外界發生作用後，造成量子疊加或量子糾纏的「波函數」變為其中一個「本徵態（Eigen state)的現象,。 當我們對量子系統進行測量時，量子疊加或量子糾纏就產生量子崩塌,並且得到確定的物理量，但是每次測量的結果可能都不同。
12、量子退相干（Quantum decoherence)
量子系統並非獨立系統，當量子系統和周圍環境發生交互作用，而使量子糾纏狀態隨著時間而消退，稱為「量子退相干」。
量子退相干會造成量子計算能力消失，因此，量子電腦的量子位元之間維持量子糾纏的時間愈長愈好，但是目前大部分量子電腦的相干時間都很短。
13、量子的不確定性和不可複製原理
海森堡（Heisenberg ): 當我們測量一個粒子的位置（X) 與速度（v), 如果把位置測的很準，速度就測不準，如果把速度測的很準，位置就測不準。
如果我們要測量一顆粒子的位置，必須用一顆光子照射粒子反射回光偵測器，假設光子撞擊造成粒子動量改變， 位置量測精確度由波長決定。
動量X 波長: 浦朗克常數
動量X 位置： 浦朗克常數
14 量子的不可複製原理（ no-cloning theorem)
當我們對量子系統進行測量時，量子壘加或量子糾纏就產生量子崩塌，波函數變為其中一個本徵態（Eigen state ), 本徵態可以複製，但是量子態 無法複製。 要複製必定要先測量，但是量子測都測不準了，如何複製？
15、密碼學、加密金鑰
16、量子演算法
17、量子加密通訊
18、量子衛星
19、量子京滬幹線
20、量子電腦
21、量子計算
22、量子位元
23、量子𨗴輯閘
24、量子科技的困難
粒子的量子特性必須在絕對零度（0 K）下工作，溫度高一點會有雜訊，但目前的技術只能在「接近」絕對零度，因此環境雜訊會嚴重干擾量子計算與訊號量測！目前的解決方法是使用更多量子位元，經由演算法除錯。
可能的發展方向： 技術進步使溫度更接近絕對零度、改良量子位元的元件結構、測量方式降低溫度影響、發明新量子糾錯碼。
25、台灣未來的機會
可以運用在人工智慧、材料科學、藥物研發、大氣科學、金融科技，但不會取代我們目前使用的終端電腦、手機等裝置。
量子電腦周邊的低溫致冷系統
低溫互補型金屬氧化物半導體（cryo CMOS )的控制系統元件與模組
量子光電測量：單光子光源、綫性光學元件、單光子偵測器、微波量測設備
量子材料製備
（注： 札記者非專業，請自行判斷札記之正確與否）
