高中量子科技教育論壇

Abstract

Shor's algorithm, one kind of algorithm which is based on the method of factoring a number N in O((log N)3) time and O(log N) space, is feasible in breaking RSA because it applies the way of period attack and continued fraction by a sufficiently large quantum computer. We define the information entropy E (-p log p) as the function of the probability p for signal peak periodically appearing in the process of breaking RSA. What we found is that under the expanding of wave function the condition of the eigenbasis will affect the distribution of period in cyclical pattern.

Keywords — Shor's algorithm, information entropy, quantum computer.

摘要

邇來，量子電腦、量子通訊和量子霸權是網路搜尋度極高的名詞。將未來科技的想像連結至量子研究，以量子科技為劇情元素的科幻電影，成為取材不凡的創作。

量子科技以二十世紀初的量子物理為基礎，量子電腦則結合費曼（Richard Feynman）和圖靈（Alan Turing）兩位科學家的概念，運用量子世界最神奇的量子疊加（quantum superposition）及量子糾纏（quantum entanglement）的特性，前者與物質波的機率描述有關，後者則涉及遠距的瞬間量子關聯。

量子科技究竟多重要？競爭力和量子霸權或許是最簡潔的答案。全球兩大科技公司Google 與IBM在量子電腦研發進度互相較勁，增添量子電腦的神秘和重要性。美國、中國、德國、日本等國家投入大量資金研發量子電腦和通訊，更強調量子科技在未來十至二十年扮演的角色。

凡事「不怕慢，只怕站」，臺灣的科技教育或許起步慢，但絕不站，從奈米科技到人工智慧，政府皆挹注經費培育人才，量子科技教育亦然。

以臺灣現在的教育學制和新課綱學習內容而言，高中是最好的量子科技教育啟蒙階段。

就課程而言，高中課程內容的必修物理「量子現象」介紹黑體輻射、普朗克的量子論、愛因斯坦以光子解釋光電效應、波耳氫原子理論和光譜、德布羅意物質波理論等，雖然簡要介紹，但提供有別於古典物理的量子概念。高三理組學生的加深加廣選修物理再深入討論量子現象。數學和資訊科技的學習領域，向量、矩陣、機率和程式設計等皆在課程中。

就排課而言，學生可在多元選修和彈性學習兩時段，選擇想修習的課程。

本文探討與分享為高中學生開啟一扇量子科技的窗。

從多元選修和彈性學習課程開設量子科技初探，在多元選修課程中融入量子電腦的初階概念，或在彈性學習的微課程設計數週量子科技介紹，啟蒙量子科技的概念，透過教師講述、閱讀影片和書籍、專家學者專題演講、分組討論與報告、參訪學術單位、撰寫學習心得和上臺短講等多元教學形式，開啟高中生的一扇窗，為培育量子科技人才而扎根。

摘要

基於量子力學知識的相關科技研發已經問世多年了，尤其以量子電腦為首，帶動的熱潮會持續下去，目前已知包含了量子電腦與量子運算、量子密碼學、量子通訊、量子成像、量子感測、量子模擬…等方面，這些發展不停的推進，將會為人類開啟劃時代的新文明。目前世界上幾個經濟規模夠大的歐、美、亞洲國家或經濟體，如美國、英國、法國、德國、歐盟、印度、中國大陸、俄國、韓國、日本、泰國以及我國，相繼紛紛都投入量子科技領域的軟硬體相關開發，這些國家都深知量子科技對於國力的提昇、國家安全、經濟穩定、醫學進步、科技與學術成長、人才培育都有非常大的影響，如能先於其他國家在量子領域佔有一席之地，則可保國家實力立於不敗之地。但是，要發展這些相關量子的子領域科技的研發，除了需要資金與相關政策軟硬體規劃配合之外，最最需要的，就是要有一代代的綿延不斷的量子人才相繼投入才能撐起研發的動能。

關於量子科技人才的培育，筆者個人認為在高中階段，當屬數學、物理與資訊三科的課程教材能夠擔任先發投手。至於其他領域也需要逐步考慮量子科技帶來的影響，而需要略為或大幅調整某些單元課程內容，以期能及早因應量子時代的來臨，能為國家培育相關量子人才，甚至是量子時代的公民。