Layunin ng Taiwan na gawing bentahe sa quantum computing ang pamumuno nito sa paggawa ng chip

Bakit mahalaga sa quantum computing ang pamumuno ng Taiwan sa paggawa ng chip

Mahalagang salik ang lakas ng Taiwan sa paggawa ng chip sa bagong pagsisikap nitong bumuo ng lokal na ekosistema para sa quantum computing. Nitong mga nakaraang araw, hinimok ng mga nakatataas na kinatawan mula sa Academia Sinica at Industrial Technology Research Institute ang pamahalaan at industriya na gamitin ang kahusayan ng bansa sa semiconductor upang pasiglahin ang pagbuo ng quantum hardware, software, at mga dalubhasa. Nasa puso ng bawat quantum system ang mga chip, mula sa mga qubit device hanggang sa cryogenic control electronics. Dahil dito, may praktikal na pagkakataon ang Taiwan na kumilos nang mas mabilis kaysa sa inaasahan batay sa laki nito.

Ang qubit ang pangunahing kaibahan ng mga quantum machine: isang device na maaaring umiral sa maraming estado nang sabay-sabay. Marurupok ang mga qubit. Mabilis na sinisira ng init, panginginig, at ligaw na signal ng kuryente ang impormasyong taglay ng mga ito. Karamihan sa mga disenyo ay gumagana sa temperaturang malapit sa absolutong sero. Kailangang eksakto, tahimik, at maaasahan sa napakababang temperatura ang mga chip na lumilikha, sumusukat, at kumokontrol sa mga qubit na ito. Nakabatay ang paggawa ng gayong mga piyesa sa mga kasanayang ginagamit din sa mga nangungunang semiconductor, kabilang ang eksaktong lithography, mga advanced na materyal, at mahigpit na pagkontrol sa proseso upang mapataas ang bahagdan ng mga de-kalidad na produkto.

Ang Taiwan na ang gumagawa ng karamihan sa mga pinakaabanteng logic chip sa mundo na nagpapatakbo sa artificial intelligence at high-performance computing. Tinataya ng mga analyst na nagmumula sa mga pabrika ng Taiwan ang humigit-kumulang 90 porsiyento ng mga pinakamaunlad na node na ginagamit ng mga pandaigdigang platform. Nangunguna rin ang bansa sa packaging at testing, na mahalaga sa pagkakabit-kabit ng mga siksik na device na kailangang magkasya sa loob ng mga dilution refrigerator. Dahil sa kombinasyong ito ng mga kalakasan, naniniwala ang mga lokal na eksperto na magagamit ng Taiwan ang pamumuno nito sa paggawa ng chip upang makamit ang praktikal na pag-unlad sa quantum computing.

Mula sa mga pabrika tungo sa mga qubit: mga kasanayang magagamit

Direktang magagamit sa pananaliksik sa quantum ang ilang kakayahang nahubog sa makabagong produksyon ng semiconductor. Nakakatulong ang napakatumpak na lithography at disiplina sa malinis na silid sa paggawa ng mga istruktura ng qubit sa mga superconducting circuit at silicon quantum dot. Tinutulungan naman ng advanced packaging at mga interconnect ang pagdadala ng libo-libong control line papunta sa malamig na kapaligiran nang hindi nagdaragdag ng ingay. Pinahuhusay ng maayos na kontrol sa proseso ang pagkakapare-pareho at dami ng de-kalidad na produkto, dalawang salik na pumipigil sa pagpapalawak ng mga quantum device ngayon. Sa larangan naman ng electronics, magagamit ang karanasan ng Taiwan sa radio frequency chip at high-speed interface sa pagdidisenyo ng cryogenic control chip na malapit sa mga qubit at nagpapabawas sa komplikasyon ng mga kable.

Mga mungkahi ngayon ng mga eksperto sa Taipei

Inilahad ni Chen Chii-dong, isang natatanging research fellow sa Research Center for Critical Issues ng Academia Sinica at executive officer ng Thematic Center for Quantum Computing nito, ang malinaw na layunin: bumuo ng kakayahan sa loob ng bansa. Aniya, dapat maglunsad ang Taiwan ng komprehensibong pagsisikap na sumasaklaw sa mga device, control software, at mga platform para sa pagsusuri.

Sa pagpapaliwanag niya kung bakit kailangan ang pambansang pagsisikap, sinabi ni Chen na dapat gamitin ng Taiwan ang mga kalakasan nito sa paggawa ng chip upang bumuo ng kumpletong programa sa quantum computing at magsanay ng mga espesyalista mula sa iba’t ibang larangan. Ganito niya ito tuwirang sinabi:

May ganap na bentahe ang Taiwan sa larangan ng semiconductor, at dapat itong gamitin upang bumuo ng sarili nitong ekosistema para sa quantum computing at maglinang ng mga lokal na talento.

Hinimok din niya ang pagbuo ng gumaganang prototype sa Taiwan. Hindi lamang simboliko ang paggawa ng lokal na quantum computer. Magbibigay ito ng praktikal na batayan para matuto ang mga supplier at mapaunlad ang mga kasangkapan sa iba’t ibang bahagi ng sistema. Paliwanag ni Chen:

Pasiglahin ng pagbuo ng sariling quantum computer ang pag-unlad ng kaugnay na hardware at control software.

Naglahad naman si Jeff Lin, direktor-heneral ng Industry, Science and Technology International Strategy Center ng ITRI, ng gabay para sa patakaran at industriya. Hinimok niya ang Taiwan na magtuon sa mga pangunahing teknolohiyang quantum na may kaugnayan sa artificial intelligence, sumali sa mga pakikipagtuwang sa supply chain kasama ang Estados Unidos, Europa, at Japan, palakasin ang ugnayan ng industriya at akademya, at magtayo ng plataporma para sa pananaliksik at beripikasyon na magpapabilis sa komersyalisasyon. Nanawagan din siya ng mga patakaran tungkol sa panganib, soberanya sa datos, at etika, gayundin ng mga reporma sa batas at edukasyon na susuporta sa mga dalubhasang mula sa iba’t ibang disiplina. Ganito niya inilarawan ang mga nakataya:

Ang teknolohiyang quantum na ang bagong estratehikong hangganan kasunod ng AI. Naisama na ito ng humigit-kumulang 30 bansa sa kanilang mga pambansang plano sa pagpapaunlad.

Ipinahihiwatig din ng plano ni Lin ang pangangailangan sa isang ekosistema: isang pambansang testbed kung saan masusubok ng mga startup at unibersidad ang mga ideya, daloy ng pondo na nakatali sa mga target, at programang magtutulak sa mga bahagi ng pananaliksik tungo sa mga subsystem na magagamit sa industriya. Layunin nitong pabilisin ang pagkatuto, paikliin ang pagitan ng mga resulta sa laboratoryo at pilot deployment, at linawin ang mga landas para sa mga inhinyerong lilipat mula sa mga tungkulin sa tradisyonal na chip tungo sa mga proyektong quantum.

Ang papel ng Taiwan sa pandaigdigang karera

Bahagi na ngayon ang teknolohiyang quantum ng mas malawak na tunggalian sa larangan ng chip, computing, at mga estratehikong industriya. Malakihan ang pamumuhunan ng Estados Unidos at mga kaalyado nito sa pamamagitan ng mga programang pampubliko at pribadong pakikipagtuwang, habang hinihigpitan din ang mga patakaran sa pagluluwas ng mga advanced na kasangkapang papunta sa China. Sumasalamin sa pagsisikap na magtayo ng matatag na kapasidad sa advanced semiconductor ang pagpapalawak ng TSMC sa Arizona, na sinusuportahan ng pampublikong pondo. Binabago ng mga hakbang na ito kung saan isinasagawa ang sensitibong pananaliksik at kung saan mabubuo ang mga supply chain sa hinaharap.

Malaki naman ang ipinupuhunan ng China upang mabawasan ang pag-asa nito sa dayuhang teknolohiya. Sinusuportahan ng mga bangkong pampatakaran, pondo ng estado, at programang panlalawigan ang mga lokal na proyekto sa chip at quantum, kasabay ng pangangalap ng mga talento at mga bagong paghihigpit sa mga estratehikong materyal. Lalong pinatataas ng mga pagsisikap na ito ang mga nakataya para sa Taiwan. Nasa sentro ng pandaigdigang value chain ang industriya ng chip ng isla, ngunit nahaharap din ito sa panggigipit na magtayo ng katulad na kapasidad sa ibang bansa at pamahalaan ang mga panganib sa patakaran.

Dahil sa kombinasyon ng oportunidad at panganib na ito, kailangang kumilos ang Taiwan. Maaari nitong gamitin ang mga pinagkakatiwalaang pakikipagtuwang upang makibahagi sa mga pandaigdigang kasunduan sa quantum, habang pinananatili sa loob ng bansa ang mga trabahong may mataas na halaga. Maaari rin nitong ipuwesto ang sarili bilang tulay sa pagitan ng tradisyonal na chip at mga eksperimento sa quantum, isang larangang mayroon na itong lawak ng operasyon, kaalaman, at malalim na hanay ng mga supplier.

Aling mga landas sa hardware ang angkop para sa Taiwan

Wala pang iisang disenyo ng qubit na nangingibabaw. Bawat nangungunang pamamaraan ay may kapalit sa pagtitiis sa ingay, temperatura ng pagpapatakbo, bilis ng gate, at kadalian ng paggawa. Hindi kailangang pasukin ng Taiwan ang lahat ng larangan. Mas mainam na pumili ng mga espesyalisasyong tugma sa umiiral nitong mga kalakasan sa chip at mga kumpol ng supplier, saka isama ang mga ito sa mga pandaigdigang programa.

Mga superconducting circuit

Gumagamit ang mga superconducting qubit ng Josephson junction na inilapat sa manipis na pelikulang nagdadala ng kuryente nang walang resistansiya sa napakababang temperatura. Kailangan sa paggawa ng mga ito ang malilinis na superconducting film, tumpak na paghubog, at maingat na paggamot sa ibabaw. Kabilang sa pinakamalalaking hadlang ang cryogenic packaging at microwave control. Maaaring bumuo ang mga kumpanya ng advanced packaging sa Taiwan ng mga interposer na kaunti ang pagkawala ng signal at three-dimensional na mga kable na magdadala ng microwave signal papasok sa mga cryogenic stage. Makakagawa ang mga lokal na pangkat ng electronics ng mga compact na control module at filter na naglilimita sa ingay. Maaari namang magpakadalubhasa ang mga laboratoryo sa pagsusuri sa mga paraan ng calibration na magpapaikli sa oras na kailangan upang paandarin ang mga bagong chip sa loob ng dilution refrigerator.

Mga spin qubit sa silicon

Ginagawa ang mga spin qubit sa silicon mula sa mga quantum dot na binubuo sa mga semiconductor stack na nauunawaan nang mabuti. Malinaw ang bentahe nito. Sa prinsipyo, maaaring samantalahin ng mga device na ito ang parehong lithography at kontrol sa proseso na umiiral na sa mga nangungunang pabrika. Ipinakikita ng mga pandaigdigang programa na kayang gawin ang mga silicon spin device gamit ang karaniwang mga kasangkapan, saka ipares sa mga cryogenic control circuit. Kung makagagana ang mga qubit sa temperaturang mas malapit sa 4 kelvin sa halip na millikelvin, mas mapapadali ang pagsasama ng mga ito sa low-temperature CMOS at mapapasimple ang mga kable. Nasa magandang posisyon ang mga foundry at design house ng Taiwan upang tuklasin ang pamamaraang ito, lalo na kung popondohan ng pambansang proyekto ang mga pinagsasaluhang process development kit, shuttle run, at mga cryogenic electronic design automation tool.

Mga sistemang photonic at ion

Mas umaasa ang mga trapped ion at photonic qubit sa eksaktong optika, laser, at sistemang vacuum kaysa sa karaniwang proseso ng silicon. Gayunman, may maiaambag pa rin ang Taiwan. Kabilang sa mga larangang maaaring paggamitan ng kasanayan ng mga umiiral na supplier ang integrated photonics, optical packaging, at mga espesyal na materyal. Maaaring manguna ang mga unibersidad sa pagbuo ng matatag na pinagmumulan ng laser, optical switching, at quantum repeater para sa ligtas na komunikasyon.

Dalawang tema ang paulit-ulit na lumilitaw sa lahat ng uri ng teknolohiyang ito. Una, mahalaga ang cryogenic infrastructure at mga bihasa sa pagsukat. Ikalawa, mangingibabaw sa mga unang aplikasyon ang mga hybrid na disenyo na pinagsasama ang quantum processor at mga classical accelerator. Bentahe sa estruktura para sa hybrid na pamamaraang ito ang pagiging malapit ng Taiwan sa mga supply chain ng high-performance computing.

Mga talento at edukasyon

Pinagsasama ng quantum computing ang pisika, computer science, electrical engineering, materyal na agham, at inilapat na matematika. Binigyang-diin ni Chen na matagal ang paglinang ng kadalubhasaan at hinimok ang mga estudyante at inhinyerong nasa kalagitnaan na ng karera na pumasok sa larangan mula sa pisika, information science, electrical engineering, at electronics. Makakatulong ang mga kurso na mula sa linear algebra at quantum mechanics hanggang sa control theory at cryogenic engineering upang mabilis na makasabay ang mga bagong papasok.

Nagsimula nang magtatag ng mga programa ang Taiwan. Itinatag ang Taiwan Quantum Program Office (2021) at National Quantum Team (2022) na may badyet para sa ilang taon na umaabot sa humigit-kumulang 259 milyong dolyar ng Estados Unidos sa loob ng limang taon. Saklaw ng mga programa nila ang hardware para sa quantum computer, optika, software, at mga aplikasyon. May mga lokal na proyektong nag-ulat ng mga prototype, kabilang ang quantum computer na ginawa sa bansa at mga demonstrasyon ng quantum key distribution. Aktibo rin ang bansa sa post-quantum cryptography at kinaroroonan nito ang Quantum Safe Migration Center na tumutulong sa mga institusyong magplano ng mga pag-upgrade bilang paghahanda sa mga pag-atake sa hinaharap gamit ang mga quantum machine.

Mga pakikipagtuwang at pamamahala

Ayon sa mga opisyal at mananaliksik, dapat palalimin ng Taiwan ang pakikipagtulungan sa Estados Unidos, Europa, at Japan kapwa sa pananaliksik at mga supply chain. Nagbibigay ng akses sa mga pinagsasaluhang testbed, takbo ng produksyon, at pamantayan ang pakikibahagi sa mga pandaigdigang programa. Isa pang magandang pagkakataon ang pakikipagtulungan sa India, dahil sa National Quantum Mission nito at mga kalakasan nito sa quantum communication at sensing. Maaaring pagsamahin sa mga magkasanib na proyekto ang kadalubhasaan ng Taiwan sa mga device at chip at ang mga kalakasan ng mga katuwang nito sa mga algorithm, metrology, at magkakaugnay na sistema.

Kailangan ding bigyang-pansin ang pamamahala. Nanawagan si Jeff Lin ng komprehensibong balangkas na sumasaklaw sa pagtatasa ng panganib, soberanya sa datos, at etika. Dapat magtakda ng iskedyul at magsagawa ng pagsusuri sa paglipat sa post-quantum cryptography sa mga kritikal na imprastraktura, kalakip ang mga target sa pagkuha at pagsunod sa mga patakaran. Magiging salik sa kung sino ang maaaring gumawa sa aling mga proyekto at kung anong kagamitan ang maaaring ibahagi ang mga patakaran sa pagkontrol sa pagluluwas, proteksiyon sa intellectual property, at mga protokol sa seguridad. Mababawasan ng malinaw na mga patakaran ang kawalang-katiyakan para sa mga startup at mananaliksik, habang mapatitibay ang tiwala ng mga pandaigdigang katuwang.

Mga hamong kailangang lutasin ng Taiwan

Kakaunti ang mga espesyal na kagamitan. Mahal at limitado ang suplay ng mga dilution refrigerator, low-temperature probe station, at kagamitang panukat ng high frequency. Makababawas sa kakulangan ang mga pasilidad na pinagsasaluhan, ngunit kailangan ng mga ito ng tuloy-tuloy na pondo at mga bihasang operator. Hadlang din ang oras sa foundry dahil punong-puno ang mga linya ng produksyon sa paggawa ng mga chip para sa AI at server na mataas ang demand. Kung walang nakalaang mga module ng proseso at iskedyul ng shuttle, mauuna sa pila ang mga komersiyal na order at maghihintay ang mga quantum device.

Ipinakikita ng mga halimbawa sa industriya kung bakit mahalagang pag-ugnayin nang mahigpit ang mga kasangkapan sa semiconductor at pananaliksik sa quantum. Sinusubukan ng malalaking programa sa ibang bansa ang mga silicon spin qubit gamit ang karaniwang proseso, habang bumubuo ng mga cryogenic control chip at imprastraktura para sa pagsusuri ng mga ito. Hindi nangangahulugang kailangang gayahin ng Taiwan ang alinmang isang pamamaraan. Ang aral ay kailangan ng mga pangkat na quantum ang akses sa advanced lithography, metrology, at packaging ngayon. Taglay ng Taiwan ang kaalamang kailangan upang tahakin ang mga landas na ito kung ilalaan nito ang mga kasangkapan, tao, at oras.

Mga planong malapit nang ipatupad at mga target

Nagpaplano ang National Science and Technology Council ng Taiwan ng proyektong pagtatayo ng mainframe para sa quantum computing sa 2026. Layunin nitong iugnay ang quantum mainframe sa mga platform ng high-performance computing upang makabuo ng hybrid na mapagkukunang maaakses ng mga mananaliksik at industriya. Kaayon ito ng pandaigdigang kalakaran na ipares ang mga quantum processor sa mga supercomputer at AI accelerator para sa mga praktikal na gawain.

Maaaring pabilisin ng ilang kongkretong hakbang ang pag-unlad. Mapaiikli ng pambansang cryogenic center na may maraming puwesto para sa refrigerator at serbisyong magagamit ng iba ang paghihintay sa mga eksperimento. Makapagpapasok sa larangan ng mga design house at makalilikha ng mga bahaging magagamit muli ang programang bubuo ng cryogenic CMOS control chip. Mabibigyang-daan ng pilot packaging line para sa superconducting at spin qubit ang paulit-ulit na pagsubok ng mga pangkat sa mga interconnect na kaunti ang pagkawala ng signal at mga three-dimensional na kable. Makapagpapatatag sa datos tungkol sa mga device at makapagpapahusay sa dami ng de-kalidad na produkto ang regular na shuttle run para sa paggawa, gamit ang mga process development kit na iniangkop sa mga quantum device. Bibigyan ng pampublikong plataporma para sa pagsusuri at beripikasyon ang mga startup upang masubukan ang kanilang mga piyesa, habang makatutulong ang pondo para sa inobasyong nakatali sa malinaw na teknikal na mga target na tulayin ang agwat sa pagitan ng mga resulta sa laboratoryo at mga unang produkto.

Mga gamit na dapat unahin

May ilang larangan ng aplikasyon na tugma sa mga kalakasan ng Taiwan. Sa semiconductor, makatutulong ang mga algorithm na hango sa quantum at, kalaunan, maliliit na quantum accelerator sa pagtuklas ng materyal, pagsasagaya ng mga proseso, at pag-optimize ng disenyo. Sa cybersecurity, maaaring magtakda ang pamahalaan at sektor ng pananalapi ng iskedyul para sa paglipat sa post-quantum cryptography at subukan ang mga quantum communication link para sa sensitibong datos. Sa pangangalagang pangkalusugan, maaaring makatulong ang mga pamamaraang quantum sa pagmomodelo ng protina o pagbuo muli ng mga larawan kapag mas napaunlad na ang hardware. Sa enerhiya at pagmamanupaktura, maaaring pahusayin ng pinagsamang quantum at classical na mga proseso ang pag-iiskedyul at logistik sa loob ng masalimuot na supply chain. Kapaki-pakinabang ang maagang pagsubok sa bawat larangang ito, bago pa man umiral ang malalaking makina na kayang magtama ng mga error.

Ang mahahalagang punto

• Hinihimok ni Chen Chii-dong ng Academia Sinica ang Taiwan na bumuo ng sariling quantum computer upang itulak ang pag-unlad sa hardware, control software, at pagsusuri.
• Nanawagan si Jeff Lin ng ITRI ng pambansang plano na magtutuon sa mga pangunahing teknolohiyang may kaugnayan sa AI, mga pandaigdigang pakikipagtuwang, pamamahala sa panganib at datos, at plataporma para sa pananaliksik at beripikasyon.
• Makakatulong sa mga proyektong quantum na gumagamit ng superconducting, silicon spin, at photonic ang mga kalakasan ng Taiwan sa paggawa, packaging, at pagsusuri ng chip.
• Binabago ng heopolitika ang mga supply chain. Namumuhunan at naghihigpit ng mga kontrol ang Estados Unidos at mga kaalyado nito, habang nagsisikap naman ang China na maging sapat sa sarili.
• Nagtatag ang Taiwan ng mga pambansang programa, kabilang ang Taiwan Quantum Program Office (2021) at National Quantum Team (2022), na may badyet para sa ilang taon.
• Kabilang sa mahahalagang kakulangan ang limitadong cryogenic infrastructure, kakaunting espesyal na kagamitan, at limitadong akses sa mga foundry. Makakatulong ang mga pinagsasaluhang pasilidad at nakalaang shuttle run.
• Plano ng NSTC ang proyektong pagsasama ng quantum computing at HPC sa 2026 upang makalikha ng hybrid na mapagkukunan para sa pananaliksik at industriya.
• Kabilang sa mga prayoridad na gamit ang pananaliksik at pagpapaunlad ng materyal at chip, post-quantum cryptography, quantum communication, at pag-optimize ng supply chain.