Vì sao các cường quốc đổ hàng tỷ USD vào công nghệ lượng tử?

Không ồn ào như trí tuệ nhân tạo (AI), công nghệ lượng tử đang âm thầm trở thành một trong những cuộc đua chiến lược nhất thế giới. Từ bảo mật, quốc phòng đến dược phẩm, vật liệu và năng lượng, lượng tử được kỳ vọng mở ra những năng lực mà máy tính truyền thống khó có thể đạt tới. 

Khi AI vẫn đang làm thay đổi cách con người làm việc, sáng tạo và tổ chức sản xuất, một cuộc đua khác âm thầm nhưng quyết liệt không kém đang tăng tốc: Công nghệ lượng tử. Không xuất hiện hằng ngày trên điện thoại hay mạng xã hội, không tạo ra hiệu ứng đại chúng tức thì như AI tạo sinh nhưng lượng tử được xem là một trong những công nghệ có thể định hình lại cán cân sức mạnh trong thế kỷ XXI.

Nếu AI là “bộ não” học từ dữ liệu, thì lượng tử giống như chiếc chìa khóa có khả năng mở ra những bài toán mà máy tính truyền thống rất khó xử lý. Đó có thể là bài toán mô phỏng phân tử để phát triển thuốc mới, thiết kế vật liệu siêu bền, tối ưu hóa chuỗi cung ứng, bảo mật thông tin, định vị chính xác, tài chính, năng lượng, khí hậu và quốc phòng.

Điều khiến lượng tử trở nên đặc biệt là nó không chỉ là một công nghệ đơn lẻ. Đằng sau đó là cả một hệ sinh thái gồm điện toán lượng tử, truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử, mật mã hậu lượng tử, chip lượng tử, thiết bị điều khiển, hệ thống làm lạnh, laser, vật liệu và phần mềm chuyên dụng. Vì vậy, cuộc đua lượng tử không đơn thuần là cuộc đua ai chế tạo được chiếc máy tính mạnh hơn, mà là cuộc đua ai xây được nền công nghiệp lượng tử hoàn chỉnh hơn.

Nhiều tài liệu cho thấy Mỹ và Trung Quốc đang đẩy mạnh cạnh tranh trong lĩnh vực này: Mỹ tăng tài trợ trực tiếp cho doanh nghiệp lượng tử, trong khi Trung Quốc đạt nhiều kết quả đáng chú ý trên các hướng phần cứng khác nhau như siêu dẫn, quang tử và nguyên tử trung tính. Đây là dấu hiệu cho thấy công nghệ lượng tử đã bước ra khỏi phòng thí nghiệm để trở thành một mặt trận công nghiệp và địa chính trị thực sự.

Cỗ máy mở khóa năng lực mới

Để dễ hình dung, máy tính thông thường xử lý dữ liệu theo dạng “bật hoặc tắt”, tức mỗi đơn vị thông tin chỉ có thể ở trạng thái 0 hoặc 1. Trong khi đó, máy tính lượng tử sử dụng qubit – đơn vị thông tin có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng lúc và liên kết với nhau theo những cách đặc biệt. Nhờ đó, về lý thuyết, máy tính lượng tử có thể giải quyết một số bài toán phức tạp nhanh hơn rất nhiều so với máy tính truyền thống.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử không phải phiên bản “siêu nhanh” của laptop hay siêu máy tính hiện nay. Nó cũng sẽ không thay thế máy tính thông thường trong mọi lĩnh vực. Điểm mạnh của công nghệ lượng tử nằm ở những bài toán đặc thù có độ phức tạp cực lớn, nơi máy tính hiện tại phải mất quá nhiều thời gian hoặc tài nguyên để xử lý.

Một ví dụ điển hình là mô phỏng phân tử. Thế giới tự nhiên vận hành theo các quy luật lượng tử, trong khi máy tính truyền thống chỉ có thể mô phỏng bằng những phương pháp gần đúng. Nếu đạt đủ độ ổn định và quy mô, máy tính lượng tử có thể tái hiện các hệ vi mô theo cách tự nhiên hơn nhiều. Điều này mở ra triển vọng lớn trong phát triển thuốc, vật liệu mới, pin thế hệ tiếp theo, chất xúc tác và công nghệ năng lượng sạch.

Một hướng ứng dụng quan trọng khác là tối ưu hóa. Trong logistics, tài chính, hàng không, điện lực hay chuỗi cung ứng, nhiều bài toán có số lượng biến số và ràng buộc khổng lồ. Máy tính lượng tử được kỳ vọng có thể tìm ra phương án hiệu quả hơn trong một số trường hợp, dù công nghệ hiện nay vẫn chưa đủ trưởng thành để tạo ra tác động ở quy mô đại trà.

Ngoài điện toán, cảm biến lượng tử cũng là lĩnh vực được đặc biệt chú ý. Công nghệ này có thể đo thời gian, từ trường, trọng lực, chuyển động hay vị trí với độ chính xác rất cao. Ứng dụng tiềm năng trải rộng từ y tế, địa chất và thăm dò tài nguyên đến định vị không cần GPS, tàu ngầm và quốc phòng.

Nói cách khác, lượng tử không phải công nghệ “thay thế mọi thứ” mà là công nghệ giúp mở ra những năng lực mới ở các lĩnh vực mà máy tính và thiết bị hiện nay đang dần chạm tới giới hạn.

Đó cũng là lý do các quốc gia không chỉ đặt cược vào một hướng công nghệ duy nhất. Có nước theo đuổi qubit siêu dẫn, có quốc gia chọn bẫy ion, quang tử, nguyên tử trung tính hoặc spin silicon. Mỗi hướng đều có ưu điểm và hạn chế riêng: Qubit siêu dẫn phát triển nhanh nhưng đòi hỏi hệ thống làm lạnh cực phức tạp; quang tử có lợi thế về truyền dẫn và ít phụ thuộc vào làm lạnh sâu; bẫy ion đạt độ chính xác cao nhưng khó mở rộng quy mô; còn nguyên tử trung tính được chú ý nhờ khả năng sắp xếp số lượng lớn qubit bằng laser.

Vì đến nay vẫn chưa có công nghệ nào chứng minh ưu thế tuyệt đối, các cường quốc đều chọn cách đầu tư song song nhiều hướng để tránh bị bỏ lại phía sau trong cuộc đua lượng tử.

Nguồn: baoquocte.vn