Trước nhu cầu điện ngày càng lớn của các trung tâm dữ liệu AI, máy tính lượng tử được kỳ vọng giúp xử lý những bài toán phức tạp với tốc độ cao và ít tiêu hao năng lượng hơn. Australia đang thử nghiệm đưa công nghệ này vào vận hành thương mại...

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang tạo ra một nghịch lý ngày càng rõ nét đối với ngành công nghệ toàn cầu: càng phát triển những mô hình AI mạnh hơn, thế giới càng cần nhiều năng lực tính toán và điện năng hơn. Các trung tâm dữ liệu quy mô lớn, vốn được ví như những nhà máy sản xuất dữ liệu, đang trở thành một trong những nguồn tiêu thụ điện đáng chú ý nhất của nền kinh tế số.

Trong bối cảnh đó, máy tính lượng tử (quantum computer) đang được đặt nhiều kỳ vọng không chỉ vì khả năng xử lý những phép tính phức tạp mà máy tính truyền thống gặp khó khăn, mà còn bởi tiềm năng tối ưu hóa một số quy trình tính toán vốn đòi hỏi lượng tài nguyên rất lớn.

Một thử nghiệm mới tại Sydney (Australia) đang cho thấy công nghệ này có thể bước ra khỏi phạm vi nghiên cứu trong các trường đại học để tiến vào môi trường vận hành thương mại.

MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ: TỪ TRUNG TÂM DỮ LIỆU ĐẾN DƯỢC PHẨM VÀ CÔNG NGHIỆP

Theo hãng tin AFP, công ty khởi nghiệp Diraq của Australia đang triển khai thử nghiệm thực tế đầu tiên trên thế giới đưa một máy tính lượng tử quy mô nhỏ, sử dụng chip silicon, vào một trung tâm dữ liệu thương mại tại Sydney.

Ông Andrew Dzurak, nhà sáng lập Diraq, cho biết công nghệ máy tính lượng tử đang tiến gần tới giai đoạn ứng dụng thực tiễn và có thể bắt đầu hỗ trợ giảm tải áp lực năng lượng cho các trung tâm dữ liệu trong vòng 5 năm tới.

Các trung tâm dữ liệu quy mô lớn hiện tiêu thụ lượng điện có thể lên tới hàng gigawatt. Đây là những cơ sở chứa hàng nghìn máy chủ phục vụ huấn luyện và vận hành các mô hình AI, xử lý dữ liệu và cung cấp dịch vụ điện toán đám mây.

Nhu cầu điện tăng nhanh buộc nhiều quốc gia phải tính đến việc xây dựng thêm nhà máy điện, nâng cấp hệ thống truyền tải và phân phối, đồng thời đối mặt với những phản ứng từ cộng đồng dân cư tại các khu vực đặt trung tâm dữ liệu.

Một trong những lý do khiến các thế hệ AI tiếp theo được dự báo tiêu thụ nhiều điện năng đến vậy là bởi có cả một nhóm bài toán mà chúng đang giải quyết thực sự phù hợp hơn nhiều với các phép tính lượng tử.  

Ông Andrew Dzurak  Nhà sáng lập Diraq

Máy tính lượng tử vận hành dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử, lĩnh vực vật lý nghiên cứu hành vi của vật chất và năng lượng ở cấp độ nguyên tử và dưới nguyên tử.

Khác với máy tính cổ điển sử dụng bit với hai trạng thái 0 hoặc 1, máy tính lượng tử sử dụng qubit (bit lượng tử). Nhờ các hiện tượng như chồng chập và vướng víu lượng tử, hệ thống có thể biểu diễn và xử lý thông tin theo những phương thức hoàn toàn khác biệt.

Tuy nhiên, một trong những trở ngại lớn của công nghệ này là yêu cầu duy trì môi trường nhiệt độ cực thấp để bảo đảm sự ổn định của các qubit.

Diraq đang theo đuổi một hướng tiếp cận khác. Hệ thống máy tính lượng tử sử dụng chip silicon của doanh nghiệp được thiết kế thành một tổ hợp khép kín, có thể vận hành cùng một máy tính hoạt động ở nhiệt độ phòng trong trung tâm dữ liệu. Mức tiêu thụ điện của hệ thống hiện dưới 20 kW.

Nếu mô hình này chứng minh được khả năng vận hành ổn định và mở rộng quy mô, đây có thể là một hướng đi đáng chú ý trong nỗ lực đưa máy tính lượng tử ra khỏi môi trường phòng thí nghiệm.

Triển vọng của máy tính lượng tử không chỉ giới hạn ở việc hỗ trợ các trung tâm dữ liệu AI. Theo ông Dzurak, một trong những ứng dụng có tiềm năng lớn là mô phỏng hành vi của các phân tử. Đây là công việc đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm, vật liệu pin thế hệ mới và công nghiệp hóa chất.

Trong nghiên cứu dược phẩm, việc mô phỏng chính xác tương tác giữa các phân tử có thể giúp các nhà khoa học rút ngắn quá trình tìm kiếm hợp chất tiềm năng, đánh giá hiệu quả và lựa chọn những ứng viên thuốc triển vọng hơn trước khi tiến hành các thử nghiệm tiếp theo.

Diraq ước tính ứng dụng máy tính lượng tử trong quá trình thử nghiệm và phát triển thuốc có thể giúp tăng tỷ lệ thành công thêm 10%, đồng thời giảm khoảng 1/3 chi phí đưa một loại thuốc mới ra thị trường, nếu chi phí vận hành hệ thống được duy trì dưới 100 triệu USD mỗi năm.

Trong lĩnh vực năng lượng, khả năng mô phỏng vật liệu cũng có thể hỗ trợ nghiên cứu các loại pin nhẹ hơn, hiệu quả hơn và những hợp chất mới phục vụ công nghiệp hóa chất.

Đây là những lĩnh vực mà các phương pháp tính toán truyền thống thường phải đối mặt với độ phức tạp rất lớn khi mô phỏng tương tác ở cấp độ phân tử.

Tuy nhiên, nhà sáng lập Diraq nhấn mạnh điều kiện quyết định để những ứng dụng này trở thành hiện thực là phải xây dựng được các hệ thống máy tính lượng tử có hiệu quả kinh tế.

Điều đó cho thấy bài toán của công nghệ lượng tử không đơn thuần nằm ở việc tăng số lượng qubit hay nâng cao năng lực tính toán. Khả năng vận hành ổn định, chi phí đầu tư, chi phí làm mát, sửa lỗi và tích hợp với hạ tầng hiện hữu mới là những yếu tố quyết định khả năng thương mại hóa.

Một điểm cần lưu ý là máy tính lượng tử hiện chưa thể thay thế máy tính truyền thống trong những công việc thông thường. Triển vọng gần hơn là mô hình điện toán lai (hybrid computing), trong đó máy tính cổ điển đảm nhiệm phần lớn công việc, còn bộ xử lý lượng tử được sử dụng cho những bài toán chuyên biệt mà nó có lợi thế.

Nếu được triển khai hiệu quả, cách tiếp cận này có thể giúp tối ưu một số quy trình tính toán chuyên sâu, thay vì phải mở rộng liên tục toàn bộ hạ tầng máy chủ truyền thống.

AUSTRALIA TĂNG TỐC TRONG CUỘC ĐUA CÔNG NGHỆ LƯỢNG TỬ

Thử nghiệm của Diraq diễn ra trong bối cảnh Australia đang đẩy mạnh đầu tư để trở thành một trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ lượng tử trên thế giới.

Diraq hiện là một trong 6 doanh nghiệp toàn cầu tham gia giai đoạn thứ ba của sáng kiến đánh giá chuẩn máy tính lượng tử do Cơ quan Các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến Mỹ (DARPA) triển khai.

Chương trình đặt mục tiêu đánh giá liệu các hệ thống máy tính lượng tử có thể giải quyết những bài toán thực tế với chi phí hợp lý và tạo ra giá trị kinh tế vào năm 2033 hay không.

Một doanh nghiệp Australia khác là PsiQuantum cũng tham gia chương trình này. Công ty nhận được khoản đầu tư 1 tỷ AUD từ Chính phủ Australia để phát triển một mô hình máy tính lượng tử khác tại bang Queensland. Công trình xây dựng đã khởi công từ tháng 6/2026.

Trong khi đó, công ty Silicon Quantum Computing do nhà vật lý Michelle Simmons sáng lập cũng đang góp phần nâng cao vị thế của Australia trong lĩnh vực này. Một sản phẩm chip AI tăng cường bằng công nghệ lượng tử của doanh nghiệp đã được tạp chí Time bình chọn là một trong những phát minh tốt nhất năm 2026.

Australia hiện có hơn 50 doanh nghiệp hoạt động trong các lĩnh vực liên quan đến công nghệ lượng tử. 

Bà Cathy Foley  Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ và Kỹ thuật Australia

Australia đã có nền tảng nghiên cứu khoa học lượng tử trong nhiều thập kỷ, một phần nhờ các khoản đầu tư vào doanh nghiệp khởi nghiệp hình thành từ các trường đại học. Tuy nhiên, bà Foley cho rằng thương mại hóa vẫn là thách thức lớn.

Australia có thế mạnh trong nghiên cứu và khám phá khoa học, nhưng việc chuyển hóa các kết quả nghiên cứu thành doanh nghiệp thành công đòi hỏi thêm nguồn vốn, năng lực sản xuất, thị trường và hệ sinh thái công nghiệp hỗ trợ.

Chính phủ Australia cũng xác định công nghệ lượng tử là một lĩnh vực ưu tiên trong hợp tác quốc phòng AUKUS với Anh và Mỹ. Theo ông Dzurak, khuôn khổ hợp tác này góp phần giảm các rào cản an ninh trong chia sẻ công nghệ giữa ba quốc gia, tạo điều kiện để Diraq phát triển hoạt động tại Australia và mở rộng sang thị trường Mỹ.

THAM VỌNG 2 TRIỆU QUBIT VÀ BÀI TOÁN TIẾT KIỆM ĐIỆN

Tại trung tâm dữ liệu Sydney của Equinix, hệ thống máy tính lượng tử Diraq hiện được trang bị 8 qubit tích hợp trên một chip silicon. Doanh nghiệp đặt mục tiêu nâng cấp dần hệ thống lên 150.000 qubit vào năm 2029.

Xa hơn, Diraq kỳ vọng đến năm 2031 sẽ phát triển được một hệ thống tích hợp 2 triệu qubit trên một chip silicon, đáp ứng tiêu chí đánh giá của DARPA, sớm hơn thời hạn chương trình đặt ra hai năm.

Theo ông Dzurak, hệ thống này dự kiến chỉ tiêu thụ vài trăm kilowatt điện. Nếu đạt được các mục tiêu trên, Diraq có thể tạo ra một mô hình tính toán lượng tử có khả năng mở rộng, đồng thời duy trì mức tiêu thụ năng lượng tương đối thấp so với quy mô năng lực tính toán mà doanh nghiệp hướng tới.

Dù vậy, những con số về công suất, số lượng qubit và hiệu quả tiết kiệm năng lượng hiện vẫn chủ yếu gắn với lộ trình phát triển và ước tính của doanh nghiệp. Khả năng thực hiện các phép tính hữu ích ở quy mô lớn, tỷ lệ lỗi, thời gian vận hành liên tục và tổng chi phí sở hữu vẫn cần được kiểm chứng qua các thử nghiệm độc lập.

Xét trên bình diện rộng hơn, cuộc đua xây dựng các trung tâm dữ liệu AI đang đặt ra yêu cầu không chỉ mở rộng nguồn cung điện mà còn phải nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của toàn bộ hệ sinh thái số.

Máy tính lượng tử chưa phải lời giải có thể thay thế ngay những hệ thống điện toán hiện tại. Tuy nhiên, nếu những thử nghiệm như của Diraq thành công, công nghệ này có thể trở thành một thành phần quan trọng của hạ tầng tính toán thế hệ mới, giúp xử lý một số bài toán phức tạp với hiệu quả cao hơn.

Trong dài hạn, lợi thế cạnh tranh của các trung tâm dữ liệu có thể không chỉ được quyết định bởi quy mô máy chủ hay tốc độ xử lý, mà còn bởi khả năng hoàn thành khối lượng tính toán lớn hơn với mức tiêu thụ năng lượng và chi phí thấp hơn.