內容簡介 量子技術的崛起與大數據時代的推動 探索新的量子計算技術與全新科技領域 <前進未來> 量子計算：實現計算能力的指數級增長。 量子人工智慧：量子演算法為人工智慧帶來了新的發展可能。 量子通訊：量子通訊可以做到安全不被破譯和竊聽。 量子測量：利用量子特性獲得比傳統測量系統更高效能的測量技術。 本書將探討量子力學的基本原理，並深入探討量子糾纏、量子計算、量子通訊和量子測量等重要概念。將詳細介紹量子科技在不同領域的應用，如計算、通訊、測量以及其他新興科技領域。本書將探討量子科技如何推動當代社會的技術革命和社會變革，並提供了對未來科技發展的展望和預測。 量子計算正在改變未來的計算方式，提供了更高效率的運算和解決特定問題的能力。人工智慧和量子計算的結合有望產生革命性的影響，提供更快速的學習和推理能力，並改善複雜數據的處理。量子通訊則提供了更高水平的數據安全性，利用了量子力學原理來保護數據通信的安全性。量子測量技術將精確度提升到一個新的水平，並在航空航太、生物醫藥、能源勘探等領域展現了巨大的應用潛力。 深入探討當前資訊社會面臨的計算能力、資訊安全和測量精度等方面的挑戰，並探討傳統技術面臨的困境。它將介紹量子科技如何提供新的解決方案來克服這些挑戰，並將量子計算、量子通訊和量子測量等領域的發展與未來社會科技發展的緊密關聯。 寫這本書的初衷是希望與讀者共同探討量子科學的基礎知識以及目前的發展情況。透過這本書，筆者希望能夠讓讀者更深入地了解量子科學當前的進展，並激發大家思考超越傳統古典物理框架的新方法。雖然目前我們對於可能完全改變傳統古典物理理論和方法的新技術尚不清楚，但隨著越來越多科學家的不懈探索，我們終將會解開這種技術的奧秘。 目錄 基礎篇 發現量子力學 Chapter 1 量子時代：降臨之日，萬象更新 1.1 從古典力學到量子力學 1.1.1 古典力學的大廈 1.1.2 晴空中飄來「烏雲」 1.1.3 量子到底是什麼？ 1.2 量子力學從舊到新 1.2.1 舊量子力學時期 1.2.2 量子力學的新生 1.3 量子力學迷霧風雲 1.3.1 從不確定性原理到薛丁格的貓 1.3.2 上帝不會擲骰子 1.4 量子力學的世紀之爭 1.4.1 被糾纏的愛因斯坦 1.4.2 為量子糾纏正名 1.4.3 量子糾纏在今天 1.4.4 量子糾纏成為強大工具 1.5 量子力學登上科技舞臺 1.5.1 量子科技浪潮迭起 1.5.2 引領下一代科技革命 應用篇 遇見量子科技 Chapter 2 量子計算：重構未來計算 2.1 古典計算VS 量子計算 2.1.1 從古典計算到量子計算 2.1.2 超越古典計算 2.1.3 量子計算會取代古典計算嗎？ 2.2 為量子計算打造量子演算法 2.2.1 量子演算法的里程碑 2.2.2 量子演算法在今天 2.3 逐夢量子電腦 2.3.1 如何打造一台量子電腦？ 2.3.2 離子阱量子計算 2.3.3 超導量子計算 2.3.4 多條技術路線 2.4 量子電腦行至何處？ 2.4.1 量子電腦三階段 2.4.2 通用量子電腦還有多遠？ Chapter 3 人工智慧 + 量子計算：顛覆未來的力量 3.1 破解人工智慧運算能力難題 3.1.1 人工智慧的坎坷起步 3.1.2 人工智慧迎來「奇點」 3.1.3 人工智慧需要量子計算 3.2 當量子計算遇見人工智慧 3.2.1 量子計算助力人工智慧 3.2.2 量子人工智慧的優勢 3.3 量子應用正當時 3.3.1 當顛覆疊加顛覆 3.3.2 向行業深處走去 Chapter 4 量子通訊：守護資訊安全 4.1 絕密的未來通訊 4.1.1 什麼是量子通訊？ 4.1.2 我們為什麼需要量子通訊？ 4.1.3 量子通訊會取代傳統通訊嗎？ 4.2 量子金鑰分發：讓資訊不再被竊聽 4.2.1 量子原理下的金鑰分發 4.2.2 創造不可破解的量子通訊 4.2.3 量子金鑰分發走向實用階段 4.2.4 量子金鑰分發的技術難題 4.3 量子隱形傳態：讓資訊瞬間傳送 4.3.1 什麼是量子隱形傳態？ 4.3.2 發送量子資訊 4.4 邁向量子網際網路 4.4.1 量子電腦 + 量子通訊 4.4.2 量子網際網路還有多遠？ 4.5 量子通訊正當時 4.5.1 量子通訊的產業化之路 4.5.2 後來居上的中國量子通訊 Chapter 5 量子測量：帶來精度革命 5.1 突破古典力學的測量極限 5.1.1 從古典力學的測量到量子測量 5.1.2 量子測量的三把尺 5.2 精密測量進入量子時代 5.2.1 量子目標識別 5.2.2 量子重力測量 5.2.3 量子磁場測量 5.2.4 量子定位導航 5.2.5 量子時頻同步 5.3 磁力計邁向「量子化」 5.3.1 不同技術路徑的量子磁力計 5.3.2 向醫療領域前進 5.4 讓時間精確到千億億分之一 5.4.1 量子理論下的時間測量 5.4.2 從原子鐘到冷原子鐘 5.4.3 時間精度的革新將帶來什麼？ 5.5 量子測量，蓄勢待發 5.5.1 競相佈局量子測量 5.5.2 量子測量邁向市場化 5.5.3 標準化問題尚待解決 未來篇 通向量子時代 Chapter 6 領先方案：搶佔量子高地 6.1 量子科技蔚然成風 6.1.1 量子科學發展迅猛 6.1.2 量子科技上升國家戰略 6.2 美國：量子科技，世界領先 6.2.1 十年量子計畫 6.2.2 量子通訊的成就和突破 6.3 歐盟：聚焦量子遠端傳態 6.3.1 重點政策的制定與演化 6.3.2 建構量子資訊網路 6.4 英國：重視人才培養 6.4.1 四個量子技術中心 6.4.2 量子計畫的人才教育 6.5 日本：基礎研究領先，商業應用落後 6.5.1 引導相關尖端技術研發 6.5.2 相關研究發展迅速 6.6 中國：挺進第一陣營 6.6.1 政策、資金和人才 6.6.2 「彎道超車」式發展 6.7 國際巨頭，百家爭鳴 6.7.1 Google：率先實現「量子霸權」 6.7.2 Amazon：提供平台服務，建立生態圈 6.7.3 IBM：早期入局，技術先行 6.7.4 Microsoft：技術突破，持續開發 6.7.5 騰訊：落地產業，計算上雲 6.7.6 華為：紮根基礎，賦能開發 6.7.7 阿里巴巴：下先手棋，持續加碼 6.7.8 百度：搭建平台，建構生態 Chapter 7 蓄勢待發：迎接量子革命 7.1 超越想像的量子革命 7.1.1 物理學的四次革命 7.1.2 第二次量子革命已經到來 7.2 世界觀的重塑 7.2.1 消失的因果 7.2.2 發展量子思維
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【簡介】 ★★ 給好學者的好學圖鑑 ★★ 專為時間少的忙碌大人和學子設計， 大圖加上簡潔易懂的文字，全方位快速理解量子世界。 誰沒聽過「量子」？但誰真正懂得量子？ 當紅的量子電腦和傳統電腦有何不同？ 科幻情節裡三不五時提到的多重宇宙、量子纏結是真是假？ 薛丁格那不知是死是活的貓，背後又有什麼道理？ 《量子物理好學圖鑑》這本強大的圖解指南，介紹近100個關鍵主題，從量子物理的起源、基礎理論談起，再到量子物理的現代應用、未來發展。二十世紀偉大的物理學家，如愛因斯坦、波耳、普朗克、薛丁格、費曼，以及現代物理著名理論，如弦論、不確定性原理、波粒二象性、反物質、量子場等等，全都涵蓋在內。還有你可能不知道的，現代生活中的應用科技，如美白去斑的紅寶石雷射、臺灣之光半導體產業、醫院 MRI 磁振造影，及能源聖盃核融合發電……也都奠基在量子物理之上！量子世界怪奇多樣，透過本書將可認識它的真實面貌！ 專業精準推薦 林秀豪｜清華大學物理系教授： 透過新穎的視角與豐富圖解，從原子到強子、電子、光子的粒子動物園，從雙狹縫到矽晶、磁浮、超導的量子科技，將艱深的量子理論化為引人入勝的知識旅程。這本量子圖鑑極具魅力，就像一盒圖文並茂的奇幻拼圖，讓你邊玩邊拼湊出量子世界的全貌。【目錄】 量子世界 小到幾乎看不見／次原子尺度 三個小物件／原子結構 粒子動物園／次原子粒子 光是什麼？／電磁輻射 量子常數／普朗克常數 空間中的漣漪／波 波或粒子／波粒二象性 緊黏在一起／強核力 衰變的力量／弱核力 異性相吸／電磁力 使萬物聚在一起／重力 量子出現前的難題 理想的物體／黑體輻射 紫外災變／瑞立－京士定律 能量包裹／能量的量子化 能量狀態／原子能態 機率雲／電子軌域 光子能量／光電效應 波函數 描述量子狀態／波函數 同時出現在兩個地方／疊加 波函數的平方／波恩定則 波形轉換／傅立葉轉換 無法全部都知道／海森堡不確定性原理 能夠預測變化／薛丁格方程式 無法確切測量／測量的問題 瞬間崩陷／波函數崩陷 箱子裡的悖論／薛丁格的貓 量子物理的詮釋 了解量子物理／哥本哈根詮釋 一切皆可能且確實發生／多世界詮釋 無限重複／宇宙學詮釋 看不見的影響／隱變數詮釋 量子握手／交易詮釋 自發崩陷／客觀崩陷假說 適者生存／量子達爾文主義 觀察者的信念／量子貝氏論 穿越迷宮／一致歷史詮釋 不同的觀點／關係詮釋 量子現象 自旋／內在角動量 吸引力的範疇／磁矩 巨大的鴻溝／費米子和玻色子 一山不容二虎／包立不相容原理 有何障壁可言？／量子穿隧效應 距離不是問題／量子纏結 量子遙傳／量子態的轉移 不穩定的環境／去相干 固體內部／固態物理學 另類的狀態／玻色－愛因斯坦凝聚 無摩擦流動／超流性 永恆的電流／超導性 奇特的量子原子／冷原子物理學 不尋常的軌道／芮得柏原子 量子科技 向原子發射光子／受激發射 高度集中的光／雷射 精準計時／原子鐘 固態／固體的能帶理論 矽晶片／電晶體 光的釋放／發光二極體 捕捉光子／電荷耦合元件 磁浮／超導電磁鐵 穿隧電子對／約瑟夫森接面 超導量子干涉儀／超導量子干涉儀 看到身體裡／磁振造影 沒有光也能看見／電子顯微鏡 原子探針／原子力顯微術 量子資訊 不僅僅是0與1／量子位元 超高速／量子運算 量子編碼／量子密碼學 模擬器／量子模擬 核物理 尋找穩定／放射性 原子裂變／核分裂 原子核結合／核融合 粒子物理 追尋難捉摸的粒子／粒子偵測器 快速的撞擊／粒子加速器 比原子更小／夸克 不受強作用力影響／輕子 解釋量子世界／標準模型 力的傳遞者／規範玻色子 為何粒子具有質量？／希格斯玻色子 與物質相反／反物質 不是那麼標準／標準模型之外 遍布宇宙的場／量子場論 物理學的瑰寶／量子電動力學 三色夸克／量子色動力學 量子重力 作用力的統一／萬有理論 量子泡沫／普朗克長度與時間 微小的振動弦／弦論 捲在一起／Ｍ理論 空間的結構／迴圈量子重力 量子生物學 光子與葉片／光合作用 一切都在DNA／突變的量子理論 穿隧下的化學反應／酶與量子物理 磁感知能力／量子導航 我們的嗅覺／量子鼻 量子意識？／量子心智 索引
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【簡介】 本書為了讓非理工背景的讀者也能看懂、理解、甚至具備初步判斷量子電腦趨勢的能力。 許多人因為對新科技的不了解而被騙，或在資訊混亂中做出錯誤決定，這在量子電腦的世界中更是屢見不鮮。從社群平台上充斥著誇大其詞的宣傳，到金融市場出現打著「量子概念」名號的股票與投資標的。 對大眾而言，量子電腦既神秘又遙不可及。實際上，多數人對這個科技新寵的了解仍停留在「它比現在的電腦快很多」的模糊印象，卻無法說清楚它到底快在哪裡、為何快、何時能用。 為了讓非理工背景的讀者也能看懂、理解、甚至具備初步判斷量子電腦趨勢的能力，我們撰寫了這本圖解式的產業鏈導覽書。這本書用100張圖表，搭配簡明的說明文字，帶領讀者逐步掌握量子電腦的基本概念、核心技術、實際應用、主要企業與未來挑戰。從物理原理開始，直到產業應用、商業模式及投資機會，本書希望成為你認識量子時代的第一本地圖。 你聽過量子電腦，但你真的知道它怎麼運作嗎？ 傳統電腦的邏輯建構在「位元」（bit）之上，每個位元的狀態只能是0或1，任何運算都由這兩個數值的組合組成。但量子電腦的運作基礎是「量子位元」（qubit），它可以同時是0也是1，這種現象稱為「疊加態」。更重要的是，量子位元之間還可以發生「糾纏」，也就是一個量子位元的變化會立即影響到另一個無論距離多遠的量子位元。 這種運作模式讓量子電腦可以同時處理大量資訊，並在特定類型的運算上遠勝於傳統電腦，特別是如因式分解、模擬複雜分子結構、優化問題、機器學習等高難度任務。舉例來說，如果用傳統電腦要花上數千年才能完成某些密碼破解任務，量子電腦可能只需要幾分鐘。 但這也不代表量子電腦能取代傳統電腦。量子電腦並不是萬能機器，它只在特定用途上具有壓倒性的優勢。在現今的技術條件下，量子電腦還有許多限制，例如量子位元難以穩定、容易受到環境干擾導致錯誤發生率高等問題，因此需要搭配「量子糾錯」機制才能真正可用。 本書以直觀圖像輔助，從量子物理的疊加、糾纏特性出發，帶領讀者理解量子邏輯電路的組成，再進一步進入量子演算法的核心設計概念，如Shor演算法、Grover演算法等。對於完全沒有物理背景的讀者，我們也以比喻法搭配插圖方式協助入門。 從研究室到市場，誰在推動量子電腦產業？ 目前全世界的量子電腦發展者可以分為幾種類型：首先是科技巨頭，包括IBM、Google、Microsoft、Amazon等公司，他們各自採取不同的量子電腦架構。例如IBM主推超導量子位元，並公開展示其量子電腦路線圖；Google曾宣稱實現「量子霸權」；Microsoft則選擇更具挑戰性的拓樸量子位元路線，期望以最少的錯誤率擊敗其他實現技術。 另一類是新創公司，如Rigetti、IonQ、PsiQuantum、Quantinuum等，這些公司大多專注於某一特定技術路線，像是離子阱、光子量子電腦、冷原子技術等。他們雖然規模較小，卻因專注而具備技術突破潛力，許多也已經在NASDAQ上市，成為資本市場關注焦點。 此外，一些傳統硬體廠商與量子元件供應商也逐步進入量子產業鏈，包括製造極低溫系統的Bluefors、量子晶片封裝技術的FormFactor，以及提供量子軟體開發環境的Zapata、Q-CTRL、Classiq等。 政府也在其中扮演重要角色。美國、歐盟、中國、日本、加拿大等都投入巨額預算，推動量子科技發展與產業化。以中國為例，中科院領導的量子通訊衛星「墨子號」及量子加密通訊系統已在全球引發高度關注；而美國則透過國家量子計畫法案（National Quantum Initiative Act）整合學研資源，加速產業佈局。 對於一般讀者而言，最直接的興趣在於：量子電腦何時才能用？我們何時能在生活中真正體驗到量子電腦的應用？答案是：量子電腦並不會突然「登場」，而是會逐步滲透在金融分析、藥物開發、新材料設計、物流最佳化等應用領域，讓企業的決策更精準、運算更快速。我們不會像換手機那樣「使用」量子電腦，而是會在背後的雲端或資料中心裡，悄悄地與它共同運作。 最後，我們也不可忽視量子電腦發展過程中可能遭遇的困難與風險。除了技術難關與製造成本外，量子運算對現有資訊安全體系是一大衝擊。例如一旦量子電腦能有效破解RSA或ECC等常見加密演算法，全球金融與國防通訊系統將面臨巨大的威脅。因此，後量子加密（Post-Quantum Cryptography, PQC）也正被各國納入政策規劃重點。 我們也須警惕過度炒作與投資泡沫的問題。許多「量子概念股」在尚未實現技術的情況下便估值過高，造成市場誤判。理解技術的真實狀況、發展節奏與產業鏈脈絡，才能做出明智的商業或職涯選擇。誠如巴菲特的名言：永遠不要投資你不了解的生意（Never invest in a business you cannot understand）。 這正是本書的初衷──讓你看懂這場科技革命，而不只是被動聽信。透過100張圖，我們試圖讓你從陌生走向理解，從理解走向判斷，從判斷走向行動。 量子時代已經來臨，你準備好了嗎？ 本書特色 ＊用「你聽得懂的話」解釋「別人講不清楚的東西」 很多人一聽到「量子電腦」，不是直接跳過，就是聽到幾個關鍵字就昏了頭。本書不會用艱深的公式，也不會堆砌難懂的術語，而是用你聽得懂的方式，告訴你什麼是量子位元、什麼是疊加、什麼是糾纏，為什麼量子電腦能做傳統電腦做不到的事。我們把這些複雜的科技，拆成圖、拆成故事、拆成比喻，一步步讓你真的懂、而不是「假裝懂」。 ＊不是只講技術，而是完整解剖整條量子產業鏈 你在其他地方看到的多半是「某家公司做出新晶片」、「某某國發展量子通訊」的新聞，但你其實不知道背後的關聯。這本書用 100 張圖，把整個量子產業鏈畫給你看。從硬體技術、雲端平台、控制與量測，到通訊安全、感測應用，甚至是哪幾家公司、哪幾個政府單位正在投入、各自走的是哪條路線，你一目了然。不管你是學生、投資人、工程師，還是只是有興趣的讀者，都能在這裡找到你想要的那塊拼圖。 ＊幫你避開騙局、炒作與幻想，做出明智的判斷 面對一項還在成長中的前沿科技，「過度期待」與「過度忽視」都是風險。本書不唱衰，也不造神，而是用中立、全面的方式，讓你看懂哪些技術真的有突破、哪些應用還是紙上談兵，哪些公司值得關注，哪些可能只是掛羊頭賣狗肉。你不需要成為專家，但你一定要有判斷力。這本書的目的就是：幫你培養這樣的眼光，避免你做出錯誤的投資、職涯或政策決定。 【目錄】 作者序 Chap.1 量子電腦基本認知與實現技術 1. 何謂量子？何謂量子電腦？ 2. 量子位元、疊加態、糾纏態 3. 量子電腦難全面取代現行電腦 4. 通用型與非通用型量子電腦 5. 通用邏輯閘型量子電腦 6. 退火型量子電腦 7. 量子啟發最佳化電腦 8. 神經型態電腦 9. 混合量子經典運算 10. 量子電腦實現技術 11. 超導迴路技術 12. 離子阱技術 13. 鑽石空位技術 14. 拓樸量子技術 15. 光量子技術 16. 中性原子技術 17. 矽自旋技術 18. 核磁共振技術 19. 氦電量子技術 20. 量子霸權、量子容量 Chap.2 量子電腦現行與潛在應用 21. 量子位元決定應用範疇 22. 最佳化問題：工作排程 23. 最佳化問題：維修排程 24. 能源金融商品預測 25. 衍生性金融商品定價 26. 油品事業的化學研究 27. 用於天氣預測 28. 金融詐欺更精準偵測 29. 新材料開發 30. 新藥物探索與開發 31. 減少交通壅塞 32. 製造業製程與研發設計精進 33. 搜尋引擎加速 34. 非對稱式密碼破解 35. 量子運算應用的真實價值 Chap.3 量子硬體電腦系統、組件概念股 36. 量子電腦硬體商 37. 量子電腦硬體商（通用邏輯閘型） 38. 量子電腦硬體商（退火型） 39. 量子電腦硬體商（數位退火型） 40. 量子電腦硬體商（混合量子經典） 41. 低溫設備與測試設備商 42. 雷射與光學元件商 43. 控制電子與信號處理硬體商 44. 量子電腦商零件、代工業務 45. 量子電腦相關硬體商 Chap.4 量子軟體技術、雲端服務概念股 46. 認識量子電腦軟體堆疊 47. 量子計算程式語言商 48. 量子軟體開發套件與框架商 49. 量子軟體演算法 50. 量子應用程式開發商 51. 量子電腦模擬器軟體、服務、設備商 52. 量子程式編譯器軟體 53. 量子計算錯誤更正軟體 54. 量子電腦控制軟體 55. 量子電腦效能標竿測試軟體 Chap.5 量子運算整合、支援概念股 56. 國際公有雲服務商 57. 量子電腦商直營雲端服務 58. 量子資訊系統整合商 59. 企業管理顧問公司 60. 量子運算企業培訓服務 61. 量子科技產業聯盟、協會 62. 量子科技研究大學 63. 量子科技新創加速器、孵化器、育成中心 64. 科技業創投與科技大廠策略投資 65. 量子電腦架構技術授權商 Chap.6 量子通訊、資安、感測概念股 66. 量子通訊、量子資安、量子感測 67. 量子金鑰配發方案商 68. 量子金鑰配發技術試煉及競賽 69. 量子金鑰配發已在特許行業獲肯定 70. 後量子密碼技術 71. 後量子密碼技術方案商 72. 量子亂數產生技術及方案商 73. 量子感測技術商機 74. 量子感測器主要業者 75. 具顛覆潛力的量子羅盤 Chap.7 量子電腦產業與市場分析 76. 全球量子電腦市場預測 77. 量子電腦尚處於前期高垂直性市場 78. IBM居量子電腦領導者地位 79. 量子控制軟體市場 80. 前景展望佳的量子運算即服務（QCaaS）市場 81. 全球量子資安市場預測 82. 量子運算跨足量子通訊、資安、感測 83. 三大公有雲商在量子領域具可觀潛能 84. 退火、混合量子經典市場先行 85. 從量子產品展望評估投資前景 86. 從關鍵客戶、關鍵合作評估營運支撐性 87. 謹慎態度檢視量子新創借殼上市 88. 台灣量子國家隊 89. 量子國家隊業務屬性分析 90. 台灣量子運算系統概念股 Chap.8 量子電腦發展變數與隱憂 91. 量子位元數擴增的挑戰 92. 專業質疑論點不可忽視 93. 現行運算戲劇性效能推升 94. 行銷詞可能誤導真正量子技術產品推展 95. 演算法豐富度也影響應用潛力 96. 紅極一時的OpenStack或可為鑑 97. 其他潛力技術的投資機會成本 98. 理論科學考驗時間 99. 地緣政治風險的潛在可能 100. 國家學研計畫或產業補助的過早收手
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