Chip lượng tử quang tử mới của Trung Quốc: Bước nhảy vọt trong cuộc đua điện toán thế hệ mới

Theo South China Morning Post, con chip do Viện CHIPX (Chip Hub for Integrated Photonics Xplore) phối hợp với Start-up Turing Quantum phát triển đã được vinh danh tại Hội nghị Internet Thế giới Wuzhen 2025 - một sự kiện thường được xem là “sân khấu chính sách - công nghệ” của Trung Quốc trong lĩnh vực kinh tế số.

Dù còn nhiều câu hỏi về khả năng triển khai đại trà, dự án này đang được đánh giá là một trong những bước tiến đáng kể nhất của Trung Quốc trong điện toán quang tử.

ĐIỆN TOÁN QUANG TỬ: CẦU NỐI GIỮA MÁY TÍNH CỔ ĐIỂN VÀ LƯỢNG TỬ

Khác với chip điện tử truyền thống sử dụng dòng điện để xử lý thông tin, chip quang tử khai thác photon - tức ánh sáng - làm phương tiện tính toán. Nhờ đặc tính truyền nhanh, mang nhiều dữ liệu và tiêu thụ ít năng lượng, ánh sáng từ lâu đã được xem là lời giải tiềm năng cho các “nút thắt cổ chai” về băng thông và hiệu suất trong trung tâm dữ liệu hiện đại.

Trong bối cảnh nhu cầu tính toán cho AI, mô phỏng khoa học và tối ưu hóa quy mô lớn ngày càng tăng, các kiến trúc điện tử thuần túy đang dần chạm ngưỡng giới hạn vật lý. Điện toán quang tử, vì vậy, được coi là bước trung gian quan trọng, giúp tăng tốc đáng kể các tác vụ chuyên biệt, đồng thời hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ lượng tử trong tương lai.

Con chip mới của Trung Quốc được giới thiệu là có khả năng tăng tốc các phép tính phức tạp lên hơn 1.000 lần so với các bộ xử lý đồ họa (GPU) hàng đầu trong những kịch bản nhất định. Tuy nhiên, giới chuyên gia cũng lưu ý rằng đây không phải là phép so sánh “một đối một” cho điện toán đa dụng, mà chủ yếu áp dụng cho các bài toán phù hợp với kiến trúc quang học song song.

Một điểm đáng chú ý trong dự án này không chỉ nằm ở hiệu năng, mà còn ở mô hình phát triển. CHIPX - viện nghiên cứu đặt tại Vô Tích, liên kết với Đại học Giao thông Thượng Hải cho biết họ đã hoàn thiện toàn bộ chu trình sản xuất chip quang tử trong nội bộ, từ thiết kế, chế tạo wafer, đóng gói, kiểm thử đến tích hợp hệ thống.

Trong ngành quang tử, nơi các công đoạn thường phân tán giữa nhiều đơn vị khác nhau, khả năng làm chủ trọn vẹn chuỗi giá trị được xem là lợi thế chiến lược hiếm có. Điều này cho phép CHIPX rút ngắn mạnh chu kỳ phát triển: từ chỗ mất khoảng 6 tháng cho một vòng thiết kế, nay chỉ còn khoảng 2 tuần.

Theo các nhà nghiên cứu, trong điện toán quang tử, chỉ một thay đổi rất nhỏ về hình học hay vật liệu cũng có thể làm biến đổi đáng kể cách ánh sáng lan truyền trong mạch. Do đó, khả năng thử nghiệm - điều chỉnh - lặp lại nhanh là yếu tố quyết định để tiến tới thương mại hóa.

Về mặt kỹ thuật, con chip mới được đánh giá cao nhờ mức độ tích hợp đặc biệt dày đặc. Hơn 1.000 linh kiện quang học được tích hợp nguyên khối trên một wafer silicon 6 inch - con số mà theo South China Morning Post là đạt trình độ hàng đầu thế giới.

Chip sử dụng vật liệu lithium niobate màng mỏng, vốn được ưa chuộng trong lĩnh vực quang tử nhờ khả năng điều biến ánh sáng hiệu quả với mức suy hao rất thấp. Điều này giúp tín hiệu ổn định hơn, đồng thời mở ra khả năng xử lý nhiều kênh thông tin song song trên cùng một chip.

Kiến trúc băng thông lớn của chip được thiết kế đủ linh hoạt để có thể mở rộng trong tương lai, hướng tới các hệ thống có khả năng hỗ trợ hàng trăm nghìn, thậm chí hàng triệu “qubit quang học” - dù khái niệm này hiện vẫn mang tính định hướng nghiên cứu hơn là ứng dụng thực tế.

TỪ PHÒNG THÍ NGHIỆM RA THỰC TẾ: BƯỚC ĐI THẬN TRỌNG NHƯNG RÕ RÀNG

Theo SCMP, chip quang tử mới của Trung Quốc đã được triển khai thử nghiệm trong một số lĩnh vực như hàng không vũ trụ, y sinh và mô hình hóa tài chính. Đây đều là những ngành đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, nhưng có cấu trúc bài toán phù hợp với xử lý song song - lợi thế tự nhiên của điện toán quang tử.

Trong hàng không vũ trụ, chip được dùng cho mô phỏng và mô hình hóa, giúp rút ngắn thời gian phân tích và giảm chi phí tính toán. Trong y sinh, các ứng dụng tập trung vào mô hình hóa phân tử và protein, hỗ trợ quá trình dự đoán và khám phá thuốc. Với tài chính, chip được thử nghiệm trong các bài toán phân tích rủi ro và mô phỏng Monte Carlo quy mô lớn.

Các nhà phát triển cho rằng đây là bước đi quan trọng hướng tới các kiến trúc lai, kết hợp giữa tính toán cổ điển, quang tử và các yếu tố “giống lượng tử”, nhằm giải quyết những bài toán mà máy tính truyền thống ngày càng khó đáp ứng hiệu quả.

Một trong những rào cản lớn nhất của điện toán quang tử từ trước tới nay là khả năng sản xuất trên quy mô công nghiệp. Việc xử lý vật liệu quang học đòi hỏi độ chính xác cực cao, trong khi các sai lệch ở cấp độ nano có thể làm suy giảm đáng kể hiệu năng.

CHIPX cho biết họ đã bắt đầu tháo gỡ nút thắt này bằng việc đưa vào vận hành dây chuyền sản xuất thử nghiệm wafer quang tử lithium niobate 6 inch – được xem là đầu tiên tại Trung Quốc. Dây chuyền này có công suất khoảng 12.000 wafer mỗi năm, mỗi wafer cho ra khoảng 350 chip.

So với các nhà máy bán dẫn truyền thống - nơi sản xuất hàng trăm nghìn wafer 200 mm hoặc 300 mm mỗi năm - con số này còn khá khiêm tốn. Tuy nhiên, trong bối cảnh quang tử, đặc biệt với lithium niobate màng mỏng, đây được xem là bước tiến công nghiệp có ý nghĩa, đủ để hỗ trợ các giai đoạn triển khai ban đầu và hợp tác thương mại.

CUỘC ĐUA TOÀN CẦU NGÀY CÀNG GAY GẮT

Động thái của Trung Quốc diễn ra trong bối cảnh cuộc đua điện toán quang tử và lượng tử toàn cầu đang tăng tốc. Tại Mỹ, PsiQuantum đã công bố kế hoạch sử dụng quy trình wafer 300 mm cho silicon photonics - tương đương chuẩn của các nhà máy bán dẫn tiên tiến nhất. Châu Âu cũng đang đẩy mạnh đầu tư vào quang tử trong khuôn khổ các chương trình công nghệ lượng tử quy mô lớn.

Trong bức tranh đó, Trung Quốc rõ ràng không chỉ nhắm tới việc bắt kịp, mà còn muốn xây dựng lợi thế riêng thông qua mô hình phát triển khép kín, gắn chặt giữa nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng thực tế. Dù được truyền thông nhấn mạnh với con số “tăng tốc 1.000 lần”, chính các nhà phân tích cũng thừa nhận rằng những so sánh này chỉ có ý nghĩa trong các kịch bản rất cụ thể. Điện toán quang tử - cũng như điện toán lượng tử - không phải là “liều thuốc vạn năng” cho mọi bài toán.

Nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa có câu trả lời rõ ràng: mức độ ổn định dài hạn của chip ra sao, hành vi sai số như thế nào khi vận hành trong môi trường thực, khả năng đồng đều giữa các lô sản xuất có đảm bảo hay không, và cần thêm bao nhiêu nỗ lực kỹ thuật để công nghệ này có thể triển khai rộng rãi trong các trung tâm dữ liệu.

Ngoài ra, hệ thống quang tử rất nhạy cảm với biến động nhiệt và sai lệch chế tạo, đặt ra thách thức không nhỏ cho vận hành quy mô lớn. Nhìn tổng thể, chip quang tử mới của Trung Quốc nên được xem là một bước tiến chiến lược hơn là một cuộc cách mạng ngay lập tức.

Nó không thay thế máy tính cổ điển, cũng chưa phải là máy tính lượng tử đúng nghĩa. Nhưng trong bối cảnh nhu cầu tính toán bùng nổ và giới hạn vật lý ngày càng rõ rệt, những nền tảng như vậy có thể đóng vai trò then chốt trong giai đoạn chuyển tiếp.

Quan trọng hơn, dự án này cho thấy Trung Quốc đang từng bước xây dựng năng lực lõi trong các công nghệ nền tảng của kỷ nguyên số tiếp theo - nơi hiệu năng tính toán, năng lượng và khả năng mở rộng sẽ quyết định lợi thế cạnh tranh quốc gia trong dài hạn.