一、前言

隨著製造系統與供應鏈環境日益複雜，產業除需提升生產效率外，亦需兼顧供應鏈韌性、即時決策與資料安全等需求。在此背景下，量子科技逐漸被視為未來推動先進製造與供應鏈升級的重要技術方向。世界經濟論壇(World Economic Forum, WEF)於《量子科技於先進製造與供應鏈之關鍵機會》(Quantum Technologies: Key Opportunities for Advanced Manufacturing and Supply Chains)報告中，探討量子運算(Quantum Computing)、量子感測(Quantum Sensing)及量子安全與通訊(Quantum Security and Communications)於製造與供應鏈場域的應用潛力。本文將依據該報告內容，整理量子科技於產品設計與開發、生產及供應鏈等面向的應用潛力與案例(案例摘要請參閱圖一)。

二、量子科技於產品設計與開發之應用

(一) 挑戰與量子科技潛力
產品設計與研發流程涵蓋材料發現、元件設計、模擬分析、原型測試與跨組織研發協作等環節。量子運算可協助處理材料模擬、設計最佳化與複雜物理流程模擬，使企業在產品開發早期更有效率地評估材料特性、設計組合與產品效能；量子感測則可提升元件驗證與效能測試精度，協助偵測微小缺陷及材料或元件在壓力、溫度等條件下的細微變化。此外，後量子密碼學與量子密鑰分配(Quantum key distribution, QKD)等量子安全與通訊技術，可強化跨組織研發資料交換安全，並保護協作網絡中的智慧財產。

(二) 創新應用案例
1. 材料腐蝕模擬與航太材料研發－美國波音
航太材料腐蝕會削弱結構元件、縮短使用壽命，並增加維護成本。為在研發階段快速評估材料耐腐蝕性，波音公司(Boeing)與 IBM 量子團隊合作，透過變分量子演算法(variational quantum algorithms)等量子運算方法，模擬水分子與鎂表面的交互作用。鎂常用於輕量化航太金屬材料，而水分子與鎂表面的反應是引發此類材料腐蝕的重要過程。研究團隊亦進一步降低此量子運算模型的複雜度，以提升模擬分析效率。波音預期，相關投入將有助於加速篩選材料組合，並降低高效能航太材料的開發成本。

2. mRNA藥物設計與研發週期縮短－美國Moderna
mRNA(messenger RNA)療法是透過設計 mRNA 分子，使人體細胞產生具治療作用的蛋白質。由於 mRNA 的折疊型態會影響藥物有效性與安全性，如何準確模擬其結構，是 mRNA 藥物設計的重要挑戰。然而，傳統電腦在分析長 mRNA 序列時，需耗費大量時間檢驗多種可能結構。
Moderna 與 IBM 合作探索量子運算於 mRNA 藥物設計的應用。研究團隊以量子模擬方法分析 mRNA 可能形成的折疊結構，並使用 IBM 量子處理器進行計算。近期成果顯示，研究團隊已完成含有最多 60 個核苷酸的 mRNA 序列結構預測，初步展現量子運算支援 mRNA 藥物設計的可能性。

3. 跨機構研發資料安全傳輸－英國國家複合材料中心(NCC)與模型與模擬中心(CFMS) 
英國國家複合材料中心(National Composites Centre, NCC)是英國重要的複合材料研發單位，且與英國模型與模擬中心(Centre for Modelling & Simulation, CFMS)之間常需交換機密研發資料。過去，兩機構多以可攜式儲存裝置實體運送資料，不僅耗時，也使關鍵資料在轉移過程中面臨安全風險。
為改善上述限制，NCC與CFMS透過英國電信(British Telecommunications, BT)及東芝(Toshiba)協助，建立數公里的量子密鑰分配(Quantum Key Distribution, QKD)網路，使機密研發資料可在兩機構之間安全交換。該系統可在同一條標準光纖上進行一般資料傳輸與量子密鑰傳輸，降低另建量子密鑰傳輸專用線路的需求。

三、量子科技於生產之應用

(一) 挑戰與量子科技潛力
製造作業日益數位化、網路化與複雜化，現代工廠除需提升產出效率，也需即時因應需求變動、供應不確定性與法規要求。量子運算可應用於生產排程、工作流程安排與製程參數最佳化，協助工廠在多重限制條件下提升排程效率與調度彈性；結合量子技術的 AI 分析方法，亦可強化預測分析與即時決策能力。另一方面，量子感測可支援高精度、非侵入式與連續性的製程監測，有助於及早辨識缺陷、異常與設備狀態變化；量子通訊與安全技術則可保護生產設備與雲端系統之間的資料傳輸，強化智慧工廠與工業控制系統的資安防護能力。

(二) 創新應用案例
1. 生產排程最佳化－土耳其Ford Otosan
土耳其汽車製造商 Ford Otosan 的 Ford Transit 車系具有超過 1,500 種高度客製化車型，不同規格變更可能需要調整產線設備與作業參數，使生產排序與排程更為複雜。若以傳統運算方式處理，排程作業容易在車型組合變化增加時成為製造瓶頸。
為改善上述限制，Ford Otosan 採用結合傳統電腦與量子運算的排程方法，並運用量子退火器(quantum annealer)處理生產排程最佳化問題。量子退火器可用於處理多限制條件下的最佳化問題，協助快速搜尋較佳排程方案，使 Ford Otosan 能更快因應即時變動，提升製造彈性與產線調度能力。在實際效益方面，新排程方法能顯著提升製造效率，使 Ford Otosan 在產能需求增加時，每 10 小時可多生產 1 輛車。未來，該公司規劃將此最佳化方法進一步應用於塗裝廠、組裝區及上下游流程。

2. 半導體品質檢測－德國QuantumDiamonds
隨著半導體架構日益複雜，傳統檢測方法在辨識奈米尺度缺陷與製程異常方面逐漸面臨限制。德國量子感測新創公司 QuantumDiamonds 開發 QDm.1 量子感測系統，作為先進晶片檢測工具。
QDm.1 採用量子鑽石顯微技術(Quantum Diamond Microscopy, QDM)，可在不破壞晶片的情況下，對先進晶片中的電流路徑進行高解析度三維成像，協助定位電性異常區域。此類技術有助於在晶片檢測與品質分析過程中，盡早辨識潛在問題，降低後續重工、報廢與品質風險。目前該系統已部署於台灣半導體測試與檢測服務商宜特科技(Integrated Service Technology, iST)位於新竹的設施。

3. 關鍵任務系統自動化測試－法國ArianeGroup
ArianeGroup 為歐洲航太製造商。為提升發射載具點火與關鍵控制系統的安全性與穩定性，ArianeGroup 將相關控制系統由傳統電氣系統轉換為先進光纖網路。相較於電氣系統，光纖網路具備重量較輕、抗電磁干擾能力較佳等優勢；但在組裝與發射階段，仍需即時確認光纖網路是否存在異常狀況。
為因應上述檢測需求，ArianeGroup 與 ID Quantique 合作，開發以超導奈米線單光子偵測器(superconducting nanowire single-photon detectors, SNSPDs)為基礎的量子感測解決方案。此類感測器對光訊號極為敏感，搭配專用雷射與電子設備後，可即時偵測光纖網路中的微小異常。該方案亦結合自動化軟體平台，可自動完成測試執行、故障定位與報告產出，並即時提供檢測結果與診斷資訊。此方法可在不影響點火系統安全的情況下，完成光纖網路的異常檢測。ArianeGroup 已於 2024 年與 2025 年相關飛行任務中驗證此一方法的可行性。

四、量子科技於供應鏈之應用

(一) 挑戰與量子科技潛力
供應鏈數位化雖已讓企業更容易掌握物流進度、庫存狀況與營運變化，但在全球供應鏈變動加劇且相互依賴程度提高的環境中，傳統運算系統仍難以快速處理大量變數與複雜限制條件。量子運算可應用於車輛路徑、派遣安排、配送時程、倉儲配置與需求預測等問題，協助提升物流調度與庫存管理效率；量子感測可用於產品品質、環境條件、資產位置與倉儲設施狀態監測，並在 GPS 無法使用的環境中提升追蹤與自主配送可靠性。量子安全加密則可強化供應鏈敏感資料交換安全，降低通訊遭竄改或攻擊的風險。

(二) 創新應用案例
1. 供應鏈物流最佳化－美國洛杉磯港
洛杉磯港是美國最大貨櫃港，每年處理超過1,000萬個貨櫃。由於貨物到港時間、卡車貨櫃提領需求與碼頭作業狀態變化不易即時掌握，傳統排程系統較難快速調整，容易造成物流延誤、成本增加及設備資源未充分利用等問題。
為改善上述限制，洛杉磯港 Pier 300 碼頭導入 SavantX 的 HONE 物流最佳化系統，運用量子運算分析貨物處理情境，並優化卡車與起重機之間的指派安排。該系統可模擬並分析超過10萬種貨物處理情境，協助碼頭更有效率地安排貨物提領與裝卸作業。導入後，Pier 300 的資源使用效率明顯改善。相較於原先排程系統，起重機使用量減少近40%，每部起重機處理的貨櫃量增加超過60%；卡車司機與物流業者的平均貨櫃提領時間每次減少近10分鐘，部分情況下等待時間最多可減少2小時。

2. 量子安全通訊網路－荷蘭鹿特丹港
鹿特丹港亦是全球重要的物流樞紐，每年處理近5億噸貨物，且其營運涉及眾多製造商、物流服務提供者與供應鏈合作夥伴。港口營運高度仰賴即時資料交換，若通訊網路遭受攻擊，或敏感資訊在傳輸過程中外洩，可能影響貨物調度、營運連續性與供應鏈協作。
為提升資料交換安全，鹿特丹港與荷蘭連網服務業者 Eurofiber 合作，建置並測試以量子密鑰分配(Quantum Key Distribution, QKD)技術為基礎的光纖網路。測試結果顯示，該網路在網路攻擊模擬情境下仍可維持安全資料交換，並能與既有網路整合、快速納入新使用者，以因應港口作業參與者眾多、物流活動變動快速的需求。