台北市永春高中暨新興科技教育聯盟師生參訪中原大學， 主題橫跨太空探索與量子計算兩大主軸，由孫維新、張慶瑞、廖裕評、黃琮暐等重量級學者親授。 《好讀》周報邀請阿亮老師分享參訪過程。
文／曾慶良（阿亮老師）
●推動材料與計算科技 天文學奠基太空科技
孫維新教授是台大物理系暨天文物理研究所的教授，不只是傑出的天文學家，也曾任國立自然科學博物館館長，甚至在美國太空總署（NASA）戈達德太空飛行中心擔任博士後研究員。他的經歷橫跨天文觀測、科學教育跟博物館策展，是台灣少數能把艱深天文科技領域用淺顯易懂的方式傳達給師生的科學家。
孫維新教授從人類仰望星空的文明起點談起，帶領聽眾回顧天文學如何一步步形塑現代科學。他以歷史脈絡串連哲學思考、觀測工具的演進與科學方法的建立，指出天文學不僅是探索宇宙的學科，更是推動工程、材料與計算科技發展的核心動力，為今日的太空科技奠基。
談及火箭技術的關鍵轉折時，他特別強調「可行性」真正被確立的那一刻：液態燃料火箭的出現。這並非單純材料優劣的比較，而是一場關於控制、精準與安全性的系統性革命。液態燃料讓推力得以調節、關閉與重啟，使火箭從一次性的拋射裝置，轉變為可被精密操控的工程系統，也因此開啟人類進入軌道、甚至深空探索的可能。這段說明讓抽象的火箭科技，回到清晰而理性的工程邏輯。
接著，孫教授把話題轉到當代太空科技的發展。他仔細說明低軌衛星在通訊、氣象預測、環境監測上怎麼應用，還有星際觀測技術如何幫助我們理解宇宙的起源跟演化。當投影片出現第一隻太空狗──萊卡，現場響起一陣陣笑聲。他以輕鬆卻不失分寸的方式補充一個常被忽略的細節：早期太空艙空間極為有限，為了生理與設備設計的穩定性，最終選擇了母犬執行任務。這個看似幽默的技術考量，反而讓人更真切地意識到，太空探索從來不是抽象的英雄敘事，而是由無數現實限制、倫理抉擇與生命代價所堆疊而成。也正因如此，這段歷史才顯得格外真實，也格外動人。
●量子計算 能同時多工 預測準度 可大幅提升
第二場座談主講人是中原大學量子資訊中心講座教授張慶瑞。張教授是量子計算領域的權威學者，他的研究團隊在量子演算法應用上有突破性的成果，特別是在氣象預測方面的研究拿到IEEE國際最佳論文首獎，並獲選為聯合國教科文組織（UNESCO）倡議全球「量子百強」成員之一，這是國際上對他學術貢獻的肯定。
張教授一開場就拋出一個讓人思考的問題：「什麼是運算？」我們每天用的電腦，其實就是用0跟1這兩個數字在做邏輯運算。但量子電腦的出現，完全顛覆了這個概念。在量子世界裡，一個量子位元可以同時是0也是1，這種「疊加態」的特性，讓量子電腦能夠用指數級的速度去處理某些特別複雜的問題。
「想像一下，如果傳統電腦是單線道的路，一次只能過一輛車，那量子電腦就像是有無數條平行道路，可以同時讓無數輛車通過。」張教授用這個比喻來解釋量子平行運算。這樣一說，原本很抽象的量子疊加原理就變得好懂多了。
張教授接著講到量子糾纏跟量子干涉這兩個量子計算的核心概念。量子糾纏意指，兩個或更多的量子粒子之間有種神祕的連結，不管它們離多遠，對其中一個粒子做測量，會瞬間影響另一個粒子的狀態。這種「超距作用」當年讓愛因斯坦很困擾，他叫它「幽靈般的超距作用」，但現在這卻成了量子通訊跟量子計算的基礎。
說起實際應用，張教授介紹了量子計算在密碼學、藥物設計、材料科學、金融建模跟氣象預測等領域的潛力。他特別分享了自己團隊的研究成果──用量子演算法來做颱風路徑的精準預測。傳統的氣象模型要處理超大量的大氣數據，計算時間長，準確度也有限。但量子計算可以同時處理很多種可能性，大幅提升預測的準確度跟速度，對像台灣這樣常常被颱風侵襲的海島國家來說，實用價值很高。
張教授也坦言量子計算目前面臨的挑戰。量子系統非常脆弱，容易受環境干擾發生「量子退相干」，導致計算出錯。所以如何保持量子態的穩定、發展量子糾錯技術、還有增加量子位元的數量，都是現在研究的重點。他說，雖然通用量子電腦要實現還需要一點時間，但在特定領域中，量子優勢已展現。
●觀測會影響系統 量子力學核心思想
午餐後，最有互動性的環節——智慧運算與量子簡化體驗登場。這堂課由中原大學智慧運算與大數據碩士學位學程主任、電機工程專家廖裕評教授帶領。
廖教授的研究專長是智慧運算、人工智慧跟物聯網的整合應用。他曾經指導學生設計「智慧語音保全機器人」，結合監視攝影、雲端運算跟影像辨識技術來關心獨居長者的安全。
在中原大學知行領航館二樓的實驗空間中，我們看到一個很酷的裝置——「互動量子球」。這是一個結合光學、感測技術跟量子概念的教學工具，外觀是個透明球體，裡面有精密的LED陣列跟感測器。當你把手靠近球體，球體裡的光點就會產生反應，呈現出類似量子態變化的視覺效果。
廖教授解釋，這個裝置的設計理念就是要把抽象的量子概念轉為具體。量子態的疊加跟測量是微觀現象，一般人平常根本看不到，但透過這個互動裝置，我們可以「體驗」量子系統對觀測的敏感性。當使用手機App操作球體，就像在對量子系統做測量，系統的狀態就會改變。雖然這只是個簡化的類比，但對初學者來說，對理解量子力學的基本原理十分有幫助。
參訪同學輪流跟量子球互動。有人試著用不同方式控制量子球指針移動，有人觀察多人同時互動時的變化。廖教授從旁引導大家思考：「如果這個球是個量子系統，我們就能用肉眼睛直接觀測。有沒有注意到？隨著不同人的操作方式，狀態就有不同改變。這就是量子力學裡『觀測會影響系統』的概念。」
●掌握基本 就能開大門 量子計算 沒想像中難
緊接著，由智慧運算與大數據學士班的黃琮暐教授帶領我們參訪創新中心跟量子中心。
我們先參觀了智慧運算與大數據學士班的教學空間。這個學程涵蓋人工智慧、大數據分析、雲端運算，還有量子計算等新興技術。教室裡配置了高效能運算伺服器、資料視覺化設備，還有量子計算教學平台。黃教授說，學生在這裡不只學理論，更透過專題實作來培養解決實際問題的能力。
走進量子資訊中心的核心區域，映入眼簾可見這裡陳列著量子電腦的原型設備、量子通訊的實驗裝置，還有各種量子感測器。
緊接迎來參訪活動中的重頭戲「量子啟發遊戲」的實作體驗。這是黃教授團隊開發的教育遊戲，用遊戲化的方式讓大家理解量子邏輯。遊戲設計靈感來自量子電路的概念，玩家要拖曳不同的量子閘來操作量子位元，達成特定的目標狀態。
遊戲有很多關卡，從簡單的單量子位元操作，慢慢進階到多量子位元的糾纏態製備。每過一關，系統會即時顯示量子態的變化，還會用圖像化的方式呈現測量結果的機率分布。這種「邊玩邊學」的方式，讓我們不知不覺就掌握了量子疊加、量子閘操作、測量坍縮等核心概念。
有同學成功破關後興奮表示：「原來量子計算就像在玩拼圖，只是這個拼圖的每一塊可能同時在好幾個位置！」雖然這個比喻稍嫌簡化，但也精準的抓到量子計算的本質。
黃教授在一旁不時給予提示跟鼓勵。他說：「量子計算的學習曲線很陡峭，但只要掌握了基本概念，就能打開通往新世界的大門。我們設計這個遊戲，就是希望降低學習門檻，讓更多人對量子科技產生興趣。」
離開了中原大學，我們接著前往中壢市區，透過在地文化的體驗實察，實踐「科學不該只存在實驗室跟課堂裡，而該跟日常生活緊密連結」。
大家走訪了中壢的傳統市場、新興商業區，觀察科技如何改變城市的面貌——從電子支付的普及，到智慧路燈、環境監測站的設置，科技已經滲透到生活的每個角落。
帶隊老師不時拋出問題引導我們思考：「當我們在市場買菜用電子支付時，背後需要什麼樣的資訊安全技術？量子加密技術能為未來的金融交易提供什麼保障？當我們在街上看到空氣品質監測站，這些感測器收集的數據怎麼透過大數據分析來幫助城市治理？」這些問題把早上學到的抽象理論，跟實際生活經驗連結，讓科學變得真實可感。
●科技發展 必有倫理議題 科技教育 別忘公民素養
本次參訪由國教署太空科技與海洋教育中心支持，中原大學量子資訊中心、智慧運算與大數據學程師生協助接待與安排。此次參訪除了提供學生接觸太空工程與量子物理的職涯探索機會，更確立了科學思維的重要性。透過實作跟思考，學生了解到「提出問題、尋找證據、邏輯推理」的方法論，這將是未來適應科技變遷的核心能力。
與此同時，也有隨行老師從人文角度提出分析：科技發展必然伴隨倫理與社會議題，例如量子計算對現有密碼體系與金融秩序的衝擊，以及低軌衛星衍生的太空垃圾與資源分配問題。科技教育不應限縮於技術傳授，更要培養學生的公民素養，促進理解技術邊界與社會影響，以應對未來的數位落差與隱私爭議。
原文出自《好讀周報》857期
