產業大未來：從後量子密碼看量子科技發展的趨勢與展望

吳家樂

亞洲大學 AI與量子研究中心 副主任及生物資訊與醫學工程學系 特聘教授

王冠斌

亞洲大學 人工智慧、生物資訊與醫學工程學系 博士生

前言：數位信任的典範轉移

隨着 Google、IBM 等科技巨擘相繼宣稱達成「量子霸權」（Quantum Supremacy），人類正站在第二次量子革命的門檻上。量子電腦利用疊加（Superposition）與糾纏（Entanglement）等物理特性，展現了超越傳統二進位運算的驚人效率。然而，這場算力革命也爲數位世界投下了震撼彈：現行支撐全球金融、醫療、國防及電子商務的非對稱加密體系（如 RSA、ECC），在量子演算法（特別是 Shor’s Algorithm）面前，理論上將變得不堪一擊。

特別值得注意的是，在不到一年內，已有三項研究顯示破解加密所需的實體量子位元數量可能大幅下降。2025 年，Gidney 估計破解 RSA-2048 約需一百萬個實體量子位元；至 2026年2月，Iceberg Quantum 採用新架構並導入量子低密度奇偶校驗（QLDPC）碼，將需求降至十萬以下。進一步地，2026年3月由 Google Quantum AI、加州大學柏克萊分校、瑞士 Ethereum Foundation 與史丹佛大學的研究指出，破解 256 位元橢圓曲線密碼（ECC）所需的 Toffoli 資源較 RSA-2048 減少約百倍，且執行時間可縮短至數分鐘。儘管該研究未直接處理 RSA-2048，其結果已顯示潛在的重大威脅，未來可能快速延伸至相關係統。需要注意的是，這些方法多基於理想化的量子電路假設，實務上仍面臨高度複雜的工程挑戰。然而，這些進展同時表明，未來仍可能持續出現更高效率的技術，進一步突破現有限制。

這不僅是技術問題，更是數位信任的存續危機。爲了應對「最強之矛」的誕生，科學界與產業界開始將目光轉向「最強之盾」——後量子密碼（Post-Quantum Cryptography, PQC）。PQC 指的是能抵抗量子電腦攻擊的加密演算法，且能在現有網路設施中運行。從 PQC 的發展趨勢中，我們不僅能看見資安體系的防禦轉型，更可以窺見未來十年量子科技如何重構全球產業的競爭樣態。

量子科技國際發展：從實驗室走向地緣政治

全球量子科技的競賽已從學術探討演變爲國家級的戰略佈局。目前，國際發展呈現出「三強鼎立」與「標準先型」的特徵：

1. 美國：標準制定與生態主導 美國國家標準暨技術研究院（NIST）自 2016 年啓動 PQC 演算法徵選，並於 2022 年公佈首批標準化名單。美國透過標準制定，主導了未來全球加密通訊的基礎協議。此外，美國也透過《國家量子倡議法案》，整合矽谷的科技動能與國家實驗室的研發資源。

2. 中國：量子通訊與衛星領先 中國在「量子密鑰分發（QKD）」領域具備優勢，透過「墨子號」衛星與地面的「京滬幹線」，建構了長距離的量子通訊實驗網絡，強調物理層面的絕對安全。

3. 歐盟：主權與科研合作 歐盟推動「量子旗艦計劃」（Quantum Flagship），強調技術自主與數位主權，特別是在量子感測與高能材料模擬領域，試圖在美中競爭之外，建立第三大技術生態圈。

國際趨勢顯示，量子科技不再僅是提升運算，更涉及「數位主權」的攻防。誰能率先完成 PQC 的遷移，誰就能在未來的數據戰場中立於不敗之地。

目前我國量子科技政策與量能：精準定位的追趕者

面對全球浪潮，臺灣雖非量子硬體的最先發起者，但憑藉着堅實的半導體產業鏈與軟體研發實力，政府正積極佈局「量子國家隊」。

1. 政策投資與分工 行政院國科會（原科技部）攜手中研院、經濟部，推動「量子科技專案計劃」，預計在五年內投入約 80 億元臺幣。研發重點涵蓋量子運算、量子通訊、以及量子感測三大領域。第二期計劃已於 2026 年啓動，規劃爲期五年。核心思維爲「以半導體優勢邀請國際合作」，將臺灣供應鏈實力嵌入全球量子生態系。惟全面性科研徵件尚待後續公告。

2. 硬體優勢的轉化 臺灣在低溫超導元件、低溫 CMOS（互補式金屬氧化物半導體）以及光電技術上的優勢，是建構量子電腦硬體的關鍵零組件。臺灣正試圖從「代工思維」轉向「關鍵模組供應者」，成爲全球量子生態鏈中的重要環節。

臺灣公司的策略大致可分爲如下的種類：第一，快速解決現有市場問題，着重短期應用與商業化；第二，自建完整體系，從人才培育到硬體與軟體研發全面投入；第三，透過策略合作，快速與具備現有技術的公司結盟，以加速技術導入與發展。第四，量子電腦由多個模組構成, 未來運算將是量子與AI伺服器的混合系統；臺灣應憑藉既有供應鏈優勢，以分工方式切入量子產業。不能只做代工思維，該做量子系統的電子與控制核心。 第五，臺灣在低溫超導元件方面具備一定基礎研究能力，但尚未形成成熟產業鏈，特別是在材料與製程設備上仍有缺口。不過，臺灣已發展出低溫晶片相關技術，具備潛在優勢。同時，在光電與矽光子領域，臺灣擁有完整且成熟的產業供應鏈。

3. PQC 的推動現況 在數位發展部（MODA）與數位安全研究院的主導下，臺灣已開始評估政府關鍵基礎設施的 PQC 遷移時程。特別是在金融與醫療領域，政府積極媒合學界與資安業者，進行抗量子演算法的在地化測試。

後量子密碼對產業發展的影響及機會：跨領域的應用潛力

PQC 的重要性不只在於「防駭」，更在於「賦能」。它將直接影響到需要高度長期安全性的前瞻產業：

1. 生技醫療：癌症預測與數據主權 在生物資訊領域，癌症藥物的開發依賴於大規模的基因組數據分析。這些數據具備「一生有效」的敏感性，若加密被破譯，將造成毀滅性的隱私災難。PQC 能確保這些高度敏感的生物特徵數據，在未來幾十年內依然安全；同時，量子運算能加速蛋白質摺疊模擬，縮短新藥研發週期。

2. 國際物聯網與無人機：供應鏈的安全轉型。隨着「國際醫療無人機」等跨國組織的興起，無人機的遠端導航（C2）與醫療物資追蹤必須在後量子環境下運行，防止通訊鏈路被量子攻擊干擾。這對臺灣的通訊與航太產業界來說，是一個切入高階資安市場的新機會。

3. 長期資產管理：遺產與土地權保障 在資產管理與法律科技（LegalTech）中，土地所有權與數位資產的存續期限極長。導入 PQC 加密能確保數位契約的不可僞造性，並在跨世代的傳承過程中維持法律效力。

小結：展望與瓶頸

1. 政策投資願景

臺灣應維持「軟硬兼施」的策略。在硬體端，利用半導體制程優勢切入超導量子位元開發；在軟體端，應將 PQC 視爲數位國防的重中之重，建立自主的抗量子標準。未來政策應更鼓勵「公私協力」（PPP），將學術成果快速導入產業實證。

2. 學術能量與技術堆疊

目前國內在統計分析、密碼學與生物資訊學已有深厚積累。未來的重點在於「跨領域人才的整合」。例如，如何讓具備統計背景的生物學家與資安專家合作，開發出既具備量子抗性，又能高效處理大規模變異數分析的醫療數據系統。

3. 產業發展與瓶頸

儘管潛力巨大，但臺灣仍面臨幾大挑戰：

• 人才荒： 量子物理與進階密碼學人才極度稀缺，需加強國際產學合作。

• 投資回收期長： 量子科技屬於「深科技」（Deep Tech），短期內難以見到營利回報，需要更有耐心的資本投入。

• 遷移成本高昂： 現有系統全面更新至 PQC 演算法，將涉及龐大的硬體升級與軟體重構成本，如何透過政策誘因降低企業轉型阻力，是成功的關鍵。

總結而言，後量子密碼不僅是技術上的加固，更是對未來數位秩序的預先佈局。臺灣唯有結合現有的半導體與資安實力，從政策面、技術面到應用面同步推行，才能在即將到來的量子時代中，守住數位邊界，並在國際供應鏈中掌握新一代的戰略話語權。