研發服務平台亮點成果獎─優等獎

使用平台：半導體中心「4K超低溫高頻及雜訊量測平台」

量子電腦擁有超乎人類想像的運算能力，彷彿只存在科幻電影中，科學家如今已經找到這把神奇的科技鑰匙，逐步打開量子大門，準備進入量子時代。這把鑰匙的出現可以回溯至2019年Google在權威科學期刊《自然》發布了一篇研究，正式向全球宣告已經達成「量子霸權」，也就是在傳統超級電腦上需要耗費一萬年執行的任務，如今只需要短短200秒即可達成。雖然目前量子科技仍處於起步階段，一旦這「一眼萬年」的科技成熟之後，勢必為人類的文明帶來巨大的變革。

發展量子電腦臺灣具有優勢

眼見Google在量子電腦研究已有突破性之發展，各強權大國也紛紛磨拳擦掌，競爭領先地位，量子電腦會以何種面貌展現在世人面前，目前尚無人能夠給出答案。曾擔任科技部（現改制為國科會）工程技術研究發展司司長，現職清華大學電資學院院長的徐碩鴻認為，目前在量子電腦研究分支當中，超導量子電腦和矽基量子電腦運用到許多目前半導體的技術，而其中又以矽基量子電腦因為與現有的CMOS電晶體半導體製程相容，一般認為是最有潛力實現大規模通用型的量子電腦。臺灣是世界第一的半導體大國，因此在全球量子競賽當中，握有著關鍵的競爭優勢。

從微波進入量子領域

徐碩鴻表示，在新科技的發展初期，政府扮演的角色至關重要。2020年在徐碩鴻擔任工程司司長期間，協助科技部推動大型量子電腦專案計畫，也間接促成了後來國科會籌組的量子國家隊。徐碩鴻回憶， Google論文一發布後，當時科技部陳良基部長便立即著手推動相關策略。

「當年大家對於量子電腦都很陌生，真的離想像太遠了，後來邀請了兩位量子專家，一位是臺灣大學物理學系管希聖教授，還有當時在日本理化學研究所（RIKEN）擔任研究員、現任職清華大學電子工程研究所的張鑑元教授，來科技部講解量子電腦的原理及各國的發展狀況。我也因此發現原來有幾種量子電腦的技術實際上就是一個微波系統，可以用微波去操控及讀取量子位元運算，很幸運，剛好微波技術是我的專長領域，也因此比其他人更容易進入量子科技的相關研究。」徐碩鴻說。

前瞻晶片提升量子訊號讀取效率

如今卸下公職，回歸大學校園，徐碩鴻與管希聖、張鑑元也攜手組隊成為量子國家隊的一員。研究團隊致力於設計矽基半導體量子位元的高頻前端周邊電路，徐碩鴻解釋，量子位元對環境雜訊極為敏感，需要精密的控制和讀取技術，並在接近絕對零度的環境下運作，團隊利用前瞻的CMOS製程，設計出可在絕對溫度4K下讀取微弱量子位元訊號的超低功耗微型化低雜訊放大器。同時，也利用砷化鎵積體被動元件製程（IPD）設計出可與CMOS主動電路異質整合的微型化濾波器，以克服量子電腦系統體積龐大且易受干擾的問題。

低溫量測是量子晶片的成功關鍵

「台灣半導體研究中心（簡稱半導體中心）為我們研究提供了極大的幫助！」徐碩鴻說。矽基量子電腦需要在極低溫4K的環境下操作，因此如何量測電路在極低溫下的特性，成為研究過程中的一大挑戰，「我們目前所有的超低溫量測皆在半導體中心完成，包含半導體中心建置在新竹及臺南基地的4K高頻量測平台，為實驗提供了所有的超低溫量測服務。」

團隊使用的儀器包括Lakeshore CRX-4K 探針台、Keysight N5227B PNA-X網絡分析儀、Agilent N8975B 雜訊分析儀以及Bluefors LD-4K系統等。徐碩鴻笑稱自己是半導體中心的重度使用者，「我也要特別感謝半導體中心的黃國威資深研究員及蔡瀚輝組長，幫助團隊完成各項量測實驗。」半導體中心的專業技術能量，是支持研究順利進行的強力後盾。

彎道超車 臺灣做得到！

「我希望臺灣量子技術有一天能夠彎道超車！」徐碩鴻分析，臺灣不是最早投入量子科技發展的國家，量子基礎研究也不是臺灣的強項。然而就像是半導體產業，臺灣從早期的技術追隨者，如今已成為技術領導者，也因為臺灣半導體產業鏈非常強，因此未來如果矽基量子電腦與半導體產業成功結合，有機會成為翻轉半導體產業的升級點。

跨域合作也是促進量子技術發展的重要策略，徐碩鴻說明，大家聽到量子就覺得是很物理的一門科學。不過在量子工程實作，其實非常需要跨域合作，例如在量子國家隊中的每一隊，都具有物理和工程領域背景的成員，「做IC設計的老師不懂物理，做物理的老師不懂IC設計，但是透過跨域合作互相切磋學習，就能更深入掌握題目的核心。」

雖然短期內還無法具體享受量子科研成果帶來的效益，但是徐碩鴻認為，沒有白走的研究之路，量子科技研究與許多產業是相通的，相關的衍生技術都有可能應用在其他的地方，因此他鼓勵學生跨域學習，成為未來量子科技棟梁。徐碩鴻也期待在不久的將來看到更加成熟的量子電腦系統，幫助密碼學、分子模擬和新藥研發等傳統電腦難以處理的複雜問題，創造革命性的突破。