Từ phòng thí nghiệm ra thế giới thật: Công nghệ lượng tử liệu đã sẵn sàng?

Ngày 22/10 vừa qua, các nhà nghiên cứu tại Google đã ra tuyên bố về lợi thế lượng tử, thể hiện năng lực tính toán vượt trội của các máy tính lượng tử so với máy tính truyền thống.

Trong một bài báo đăng trên tạp chí khoa học Nature, Google mô tả một thuật toán mô phỏng hành vi cơ học lượng tử của các hệ thống trong tự nhiên, chẳng hạn như cách các nguyên tử trong một phân tử tương tác với nhau.

Công ty này cũng cho biết, khi chạy thuật toán này trên con chip lượng tử mới nhất, kết quả thu được nhanh hơn 13.000 lần so với khả năng của siêu máy tính cổ điển.

Bên cạnh đó, kết quả này có thể được kiểm chứng, nghĩa là có thể lặp lại trên một máy khác – điều mà trước đây Google chưa từng chứng minh được, và đây là bước tiến quan trọng trong việc củng cố niềm tin vào các phép tính do máy tính lượng tử thực hiện.

Khi nói đến công nghệ lượng tử (quantum technology – QT), dòng vốn đầu tư đang bùng nổ và những đột phá liên tục xuất hiện, Công ty tư vấn toàn cầu McKinsey đánh giá trong phân tích hồi đầu tháng 10. Liên Hợp Quốc đã chọn năm 2025 là Năm Quốc tế về Khoa học và công nghệ lượng tử, đánh dấu kỷ niệm 100 năm kể từ khi cơ học lượng tử ra đời.

MẢNH ĐẤT MÀU MỠ VÀ SƠ KHAI

Song song với cuộc cách mạng trí tuệ nhân tạo (AI) đã thống trị các trang tin trong vài năm qua, một cuộc cách mạng điện toán khác cũng đang dần hình thành và tăng tốc – công nghệ lượng tử. Theo McKinsey, đà phát triển này hiện đang thu hút sự quan tâm xứng đáng từ giới đầu tư, với ngày càng nhiều quỹ được thành lập chỉ để đầu tư vào các công ty lượng tử.

Những thương vụ sáp nhập đầu tiên giữa lĩnh vực điện toán lượng tử (QC) và truyền thông lượng tử (QComm) đã bắt đầu diễn ra.

Năm nay, IonQ đã mua lại Lightsynq, Capella Space, ID Quantique, Vector Atomic và Oxford Ionics. Thương vụ với Oxford Ionics là thương vụ lớn nhất trong lĩnh vực lượng tử từ trước đến nay, với giá trị vượt quá 1 tỷ USD. Nhờ đó, các nhà đầu tư đã có cơ hội rút vốn sớm đầu tiên.

Không chỉ vậy, ngày càng nhiều quỹ đầu tư công nghệ hàng đầu thế giới cũng đang rót vốn vào lĩnh vực này.

Hơn nữa, những đột phá trong công nghệ lượng tử, bao gồm cả sửa lỗi lượng tử, đã khiến nhiều chuyên gia dự đoán máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi – khả năng đảm bảo hệ thống có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi một phần gặp sự cố - có thể xuất hiện vào năm 2030, thậm chí sớm hơn theo một số tín hiệu từ các doanh nghiệp.

Lĩnh vực điện toán mới mẻ này có thể chia thành ba nhánh chính.

Trong đó, điện toán lượng tử sẽ tác động đến mọi thứ, từ khám phá thuốc, mô hình tài chính cho tới tự động hóa, với tốc độ vượt trội và độ chính xác cao chưa từng có.

Bên cạnh đó, truyền thông lượng tử cho phép truyền tải thông tin lượng tử an toàn trên khoảng cách xa, có khả năng chống lại cả sức mạnh của những máy tính lượng tử mạnh nhất, vượt xa các phương pháp mã hóa truyền thống.

Cuối cùng, cảm biến lượng tử (QS) giúp đo lường các yếu tố như trọng lực và trường điện từ với độ nhạy cao hơn hẳn công nghệ cổ điển. Một ví dụ nổi bật gần đây là việc NASA trình diễn cảm biến lượng tử “siêu lạnh” cho phép khám phá thành phần của các hành tinh, mặt trăng và theo dõi nguồn nước trên Trái đất.

Nghiên cứu mới của McKinsey cho thấy, ba trụ cột cốt lõi của công nghệ lượng tử trên có thể cùng tạo ra doanh thu lên tới 97 tỷ USD trên toàn cầu vào năm 2035. Đà tăng trưởng này chưa có dấu hiệu chậm lại và dự báo, đến năm 2040, tổng quy mô thị trường QT có thể đạt 198 tỷ USD.

Trong đó, điện toán lượng tử sẽ chiếm phần lớn doanh thu, tăng từ 4 tỷ USD vào năm 2024 lên đến khoảng 72 tỷ USD vào năm 2035. Mặc dù QT sẽ tác động đến nhiều lĩnh vực, nhưng các ngành hóa chất, khoa học đời sống, tài chính và giao thông được nhận định sẽ là những ngành chứng kiến mức tăng trưởng mạnh mẽ nhất.

NHIỀU LẠC QUAN TRONG ỨNG DỤNG THỰC TẾ

Trong bài viết trên tờ Financial Times, ông James Manyika, Phó chủ tịch cấp cao phụ trách nghiên cứu, phòng thí nghiệm của Google, cho biết, trong các thí nghiệm hợp tác với Đại học California, Berkeley, kết quả cho thấy lợi thế lượng tử của Google công bố có thể được dùng để hiểu rõ cấu trúc phân tử khi kết hợp với một kỹ thuật hóa học phổ biến.

Các nhà nghiên cứu và toán học đã xác định ít nhất 70 thuật toán – trải rộng từ toán học, khoa học dữ liệu, mô phỏng cho đến học máy – có khả năng giúp máy tính lượng tử giải quyết vấn đề nhanh hơn nhiều so với máy tính cổ điển trong hàng loạt lĩnh vực ứng dụng.

Một trong số đó, thu hút sự chú ý của công chúng kể từ khi được phát hiện vào những năm 1990, là thuật toán Shor, được kỳ vọng có thể phá vỡ phần lớn các hệ thống mã hóa đang được sử dụng trong các mạng truyền thông và kỹ thuật số tiên tiến hiện nay.

Dù điều này chưa xảy ra ngay, theo ông James Manyika, thế giới đang tiến gần hơn so với nhận thức chung. Năm nay, quy mô ước tính của máy tính lượng tử cần thiết để chạy thuật toán Shor và phá giải mã RSA-2048 – dạng mã hóa được sử dụng rộng rãi hiện nay – đã giảm tới 20 lần.

Ông kỳ vọng rằng, năm năm tới có thể sẽ thấy các ứng dụng thực tế trở nên khả thi, ngay cả trước khi những máy tính lượng tử quy mô lớn có khả năng sửa lỗi hoàn chỉnh được ra đời. Để sẵn sàng tận dụng những tiến triển này, các lĩnh vực khác nhau có thể bắt đầu chuẩn bị ngay từ bây giờ.

Đơn cử, chính phủ có thể bắt đầu đầu tư vào cơ sở hạ tầng lượng tử như hệ thống làm lạnh siêu dẫn, thiết bị điện tử chuyên dụng và mạng lưới sẵn sàng cho công nghệ lượng tử.

Đối với doanh nghiệp, điều quan trọng là xác định cách công nghệ này có thể mang lại lợi ích cho ngành, chẳng hạn, mô phỏng chính xác các phân tử để phát triển pin cho xe điện, hoặc hỗ trợ năng lượng nhiệt hạch trong ngành năng lượng.

KHÔNG ÍT BẤT ĐỊNH PHÍA TRƯỚC

Tờ Financial Times (FT) trong một bài viết hồi cuối tháng 8 cho rằng, trong những lĩnh vực mà các hệ thống lượng tử có tác động mạnh mẽ nhất, công nghệ này có thể dẫn tới một giai đoạn gián đoạn lớn.

Các hình thức mã hóa phổ biến hiện nay sẽ trở nên dễ bị tổn thương, đồng nghĩa rằng, những ai muốn bảo vệ thông tin hiện tại khỏi các con mắt tò mò trong tương lai cần bắt đầu chuyển sang các phương thức mã hóa chống lượng tử.

Công nghệ này cũng sẽ mang đến những công cụ mới cho các nhà khoa học, giúp tạo ra đột phá trong lĩnh vực vật liệu hoặc dược phẩm, mở ra quy trình và thị trường mới, hoặc khiến những ngành cũ biến mất.

Trong lĩnh vực tài chính, công nghệ lượng tử có thể giúp hiểu rõ hơn về các rủi ro phức tạp và định giá thị trường hiệu quả hơn. Tuy nhiên, ngay cả với các công ty có nhiều lợi ích nhất, việc xác định mức độ nghiêm túc để chuẩn bị cho một công nghệ dường như vẫn còn ở chân trời xa xăm.

Ban biên tập của tờ FT cho rằng, giống như bất kỳ công nghệ mới nào, yếu tố thời điểm là vô cùng quan trọng. Đầu tư quá sớm không chỉ gây lãng phí nguồn lực mà còn dễ dẫn đến phản ứng ngược.

Lịch sử trí tuệ nhân tạo từng chứng kiến các “mùa đông AI” – những giai đoạn vỡ mộng sau các đợt lạc quan quá mức. Sự cạnh tranh khốc liệt giữa các công ty chạy đua để tạo ra máy tính lượng tử khả dụng đầu tiên khiến lĩnh vực này dễ trở thành mảnh đất màu mỡ cho sự thổi phồng công nghệ, làm gia tăng rủi ro hứa hẹn quá đà và thất vọng.

Cùng với đó, vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật lớn cần vượt qua, khiến các kế hoạch đầy tham vọng của các công ty trở nên bất định. Ông Jensen Huang, CEO của Nvidia, từng dội gáo nước lạnh vào ngành này hồi đầu năm nay khi dự đoán rằng máy tính lượng tử thực tế có lẽ vẫn còn cần khoảng 20 năm.

Sự giao thoa giữa công nghệ lượng tử và AI càng khiến bức tranh thêm phức tạp. Những tiến bộ nhanh chóng của AI có thể khiến các máy tính hiện tại trở nên mạnh mẽ hơn, làm giảm nhu cầu về máy lượng tử, như lời ông Sir Demis Hassabis, người đứng đầu mảng AI của Google.

McKinsey cho rằng, việc đạt được “lợi thế lượng tử” trong thực tiễn, tức là thời điểm công nghệ lượng tử vượt qua khả năng của máy tính cổ điển, và việc công nghệ này được thương mại hóa rộng rãi có thể diễn ra sớm hơn dự đoán. Tuy vậy, ngay cả với công nghệ lượng tử, các yếu tố như thẩm định kỹ lưỡng, kiên nhẫn và khả năng chấp nhận rủi ro vẫn là điều cần thiết.

Để đưa ra các quyết định đầu tư tốt nhất, cần phải nhìn xa hơn những nghiên cứu tình huống về các bên liên quan và vượt ra ngoài hành vi của thị trường trong quá khứ, McKinsey nhấn mạnh.