材料世界網 / 編輯室
在製造現場中，量子電腦的應用開始逐步擴大。相較於IT、金融、通訊、物流等產業，目前製造業在量子電腦的導入方面略顯落後。其中原因在於製造業仍有許多作業環節高度仰賴人的經驗判斷，並存在大量難以用數學式表達的問題。然而，近年量子技術快速發展，越來越多製造企業開始探索其在事業中的應用，促使情勢逐漸改變。量子電腦以其傳統電腦難以實現的計算能力，在提高生產現場效率、新材料開發、加速模擬運算、供應鏈最佳化等廣泛領域（圖一），被視為解決製造業挑戰的新手段而備受矚目。
圖一、量子電腦的應用領域
量子計算主要有兩種方式，包括著重於最佳化問題的「量子退火」(Quantum Annealing)方式，以及能進行通用計算的「量子閘」(Quantum Gate)方式。量子退火方式的開發起步較早，能處理規模龐大的產業應用問題是其一大特點，目前已有多項產業逐步導入。但其適用問題類型有限，主要用於最佳化問題或在特定條件下的解探索。
相較之下，量子閘方式是一種能執行量子演算法的通用型量子計算，適用範圍更廣。此方式利用相當於傳統電腦邏輯閘的「量子閘」操作量子位元的量子態並進行計算。此方式特別擅長處理傳統電腦難以求解的任務，例如質因數分解、複雜搜尋問題、量子化學模擬、物性計算等。兩種方式皆可望大幅加速一般電腦須耗費大量時間的最佳化問題與大規模模擬問題，具體使用哪種方法取決於問題的類型。
ROHM率先應用於半導體製造
量子技術目前已在各種製造現場開始獲得應用。例如在半導體領域，羅姆(ROHM) 與日本量子新創企業Quanmatic成功將量子計算導入部分半導體製程，且為「全球首次」在半導體製程中正式導入量子技術的案例。若將其推展至全球供應鏈，可望大幅降低成本。
ROHM已在菲律賓工廠將量子計算導入晶粒電性分類測試(Electrical Die Sorting; EDS)工程，應用於改善測試前的設定切換。EDS工程須依產品品種、晶圓尺寸、處理溫度等條件調整設備與治具，上述流程占整體製造時間最多達20%，但即使僅部分工程最佳化也能產生可觀的經濟效益。導入量子計算後，切換設定作業所造成的損失降低了40%，不僅節省了數億日圓規模的設備投資成本，也因整體效率提升而持續減少機會損失，帶來正面效益。
ROHM半導體事業採多品項生產模式，EDS工程依品項、交期、測試條件等條件，須處理約4,500種元件、300台設備及3,000種治具，組合的可能性高達10的56次方，遠超過一般電腦可承受的計算規模。過去主要仰賴工程師的經驗調整排程，但人工操作有其侷限，再加上員工高齡化、人員流動性等問題，亦難以傳承專業知識。因此ROHM欲將製造現場保有的專業知識以推理模型表現，將隱性知識轉化為顯性知識，並保留工廠的專業知識，而量子技術即能發揮作用。
量子計算的核心優勢在於能在短時間內完成最佳化計算。ROHM的EDS排程每次計算僅需約5分鐘。在Quanmatic的軟體中選擇設備稼働率、交期延遲率等希望改善的指標，系統即能以量子計算即時產出最佳的現場作業組合（圖二）。顯示器上會自動指示須使用的設備、治具與量測條件，操作人員只需依指示作業。
圖二、ROHM EDS量子解決方案示意
由於可迅速取得結果，ROHM每30分鐘即會重新計算以進行最佳化。由於設備設定或短時間停機等狀況，導致工程狀態不斷變化，此時與其嚴格遵守初始計畫，不如適時依情況重新規劃更具現實性。
在設備故障或物流延遲等突發狀況下，人員難以即時調整計畫或將損失降至最低，而量子計算在需要消除生產延遲或提高稼働率等不同情境下可發揮優勢，制定出最佳計畫。其他方式則因計算時間長，往往在計算結束前現場狀況已改變，難以運用。雖然 AI逐漸普及，但其本質在於僅依過去案例再現結果，難以超越人類制定的計畫。ROHM實測以傳統電腦進行同樣的最佳化計算，經過10小時仍無法得出解。
近年物流業已開始利用量子技術（例如量子退火）進行配送路線或排班的最佳化，但因半導體工廠規模龐大、組合呈指數增長、限制條件複雜，因此難以直接套用，過往僅能在較小規模工程中應用。
為此，Quanmatic依據早稻田大學與慶應義塾大學的研究成果，調整量子計算方法以適用製造現場。基本上採用組合最佳化常用的「二次無約束二元最佳化(QUBO)」模型，並結合---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。