江介宏

量子計算為顛覆性的技術，為極具戰略性意義的重點科技，對國家的經濟、科技、國防將有深遠的影響。量子電腦為當今國際間各科技大國與企業競相投入積極研發的前瞻項目。量子電腦實現的工作近來有重大突破，已實際展現了在特定計算項目上傳統電腦無法企及的量子計算優勢，將改變資訊處理技術，而運用於各個科技與生活層面。

量子計算系統的抽象層級與古典計算類似，如下圖所示。自上而下有應用(application)、演算法(algorithm)、程式語言(programming language)、組合語言(assembly language)、機器碼(machine code)、指令集架構(instruction set architecture, ISA)、微架構 (micro architecture)、電路(circuit)、元件(device)等抽象層級。其中，以指令集架構ISA為分水嶺，區分了軟體與硬體。

為使量子電腦有廣大的商業應用，除了建造可靠強大的量子處理器外，在很大成份上將需仰賴量子計算軟體。電子設計自動化(electronic design automation, EDA)在量子計算系統的軟體與硬體建構上分別扮演關鍵角色。在量子軟體建構上，量子演算法是透過一系列的量子運算元(a.k.a. unitary operation)所構成，亦即量子演算法是以具有複雜量子運算元的量子電路所表示。為使量子演算法得以在量子處理器上運行，量子運算元必須被拆解至ISA所有的基礎量子邏輯運算元，亦即量子演算法須以僅具基礎量子運算元的量子電路來執行。這將具複雜量子運算元的量子電路轉換為僅具基礎量子運算元的量子電路之過程即為量子程序編譯。這過程與EDA的電路合成流程非常相似，也因而許多EDA技術被運用於量子程序編譯。

在量子處理器的硬體建構上，與傳統積體電路設計類似，需要電腦輔助實體電路設計，EDA即為不可或缺的工具，也因而有針對超導電路、矽光子電路、量子點電路等物理實現量子位元技術的EDA工具被開發。

近來國內產官學界對量子計算的關注度大幅提升，國科會聚焦三領域，包含通用量子電腦硬體技術、光量子技術、與量子軟體技術與應用開發領域，於今年(2022年)支助17個研究團隊形成臺灣量子國家隊，打造量子計算與通訊的軟、硬體系統，培養相關科技人才，為未來新興產業做準備，提升臺灣在此領域的競爭力。

我們的研究團隊計畫屬於量子軟體技術與應用開發領域，專注於量子程序編譯，以界接量子應用軟體與量子硬體處理器。團隊成員有資工系洪士灝教授、電機系/電子所黃鐘揚教授、江介宏教授、與李建模教授的研究團隊，進行模擬、合成優化、驗證和測試等工作，如下圖所示，以開發量子程序編譯系統。目前在各工作項目上取得關鍵進展，論文在國際頂尖ISC High Performance, Design Automation Conference與IEEE Quantum Week等會議發表，成果也獲得國科會未來科技獎的肯定。我們將持續努力與其他量子研究團隊合作，開發量子程序編譯工具，讓量子科技的軟硬體得以良好界接，釋放量子計算的強大算力。

江介宏，Ph.D., University of California, Berkeley, 2004.