Từ nền tảng vật lý hiện đại đến tham vọng công nghệ lượng tử
Công nghệ lượng tử Việt Nam là tập hợp các hướng nghiên cứu và phát triển dựa trên cơ học lượng tử, quang tử, thông tin lượng tử và các lĩnh vực vật lý hiện đại nền tảng, nhằm tạo ra thế hệ mới của máy tính lượng tử ứng dụng, cảm biến lượng tử và Internet lượng tử phát triển với bảo mật cao, hiệu năng vượt trội và khả năng giải những bài toán mà công nghệ cổ điển khó hoặc không thể xử lý. Trải qua hơn nửa thế kỷ, các viện nghiên cứu trong nước đã kiên trì gây dựng nhiều hướng vật lý hiện đại như vật lý lý thuyết, vật lý năng lượng cao, vũ trụ học, vật lý tính toán, vật lý các chất ngưng tụ, vật lý hạt nhân, quang học quang phổ, quang tử và vật lý kỹ thuật. Chính lớp trầm tích khoa học này cho phép Việt Nam bước vào cuộc chơi lượng tử “muộn mà không từ số 0”, nhưng cũng phơi bày khoảng cách rõ ràng giữa nghiên cứu và ứng dụng.
Vì sao công nghệ lượng tử vẫn mắc kẹt trong phòng thí nghiệm?
Điểm cốt lõi của các công nghệ lượng tử thế hệ mới là điều khiển từng nguyên tử, photon hoặc trạng thái lượng tử riêng lẻ để thực hiện các tác vụ tính toán, truyền thông và đo lường. Vấn đề nằm ở chỗ: các trạng thái này cực kỳ mong manh, dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ, rung động, nhiễu điện từ hoặc tương tác rất nhỏ với môi trường, khiến qubit mất trạng thái trước khi phép tính hoàn thành. Khi số bước tính tăng lên, sai số nhỏ tích tụ, buộc phải triển khai sửa lỗi lượng tử, và để có một qubit logic ổn định, hệ thống phải dùng rất nhiều qubit vật lý. Đòi hỏi hoạt động gần độ không tuyệt đối, laser siêu chính xác, buồng chân không và thiết bị quang học tinh vi khiến việc chế tạo lẫn vận hành trở thành “bài kiểm tra sức chịu đựng” cho cả phòng thí nghiệm lẫn ngân sách.
Khoảng cách dài từ đột phá phòng thí nghiệm tới ứng dụng thực
Ngay cả khi đã chế tạo được nguyên mẫu, một thiết bị lượng tử trong phòng thí nghiệm chưa thể tự động trở thành sản phẩm thương mại. Máy tính lượng tử đa dụng có khả năng sửa lỗi và giải các bài toán lớn hiện vẫn mang đậm tính nghiên cứu và thử nghiệm. Theo PGS.TS Đinh Trung Hòa, phần cứng tốt thôi chưa đủ: “Việc tìm được đúng bài toán để phát huy lợi thế của máy tính lượng tử vẫn là điều kiện quyết định”. Một ứng dụng chỉ có ý nghĩa khi hội đủ ba yếu tố: phần cứng đủ tốt, thuật toán tạo được lợi thế và bài toán có giá trị kinh tế hoặc xã hội lớn. Bên cạnh đó là yêu cầu về chuỗi cung ứng linh kiện, quy trình sản xuất, đội ngũ kỹ sư, phần mềm, bảo trì và thị trường, khiến khoảng cách từ kết quả nghiên cứu đến sản phẩm đáng tin cậy “dài hơn nhiều so với hình dung của công chúng”.
Những mảnh ghép ứng dụng: từ photon đến Internet lượng tử
Dù còn xa phổ cập, một số mảnh ghép của công nghệ lượng tử đã bước ra khỏi phòng thí nghiệm. Các hệ thống phân phối khóa lượng tử đã được triển khai trong các mạng truyền thông chuyên dụng, đặt nền cho Internet lượng tử phát triển với bảo mật cao. Máy phát số ngẫu nhiên lượng tử đã có sản phẩm thương mại, còn cảm biến lượng tử đang được ứng dụng hoặc thử nghiệm trong đo từ trường, trọng lực, địa chất, dẫn đường và y sinh. Trên nền tảng thế mạnh về quang học quang phổ, quang tử và vật lý laser, các nhóm nghiên cứu trong nước đang hướng tới chế tạo nguồn phát đơn photon, thiết bị phát và thu nhận đơn photon để xây dựng hệ thống truyền khóa lượng tử trong không gian mở ở khoảng cách vài kilomet. Đây không chỉ là bài toán kỹ thuật, mà còn là bước tập dượt cho năng lực thiết kế, chế tạo và vận hành các hệ lượng tử phức tạp hơn trong tương lai.
Chiến lược quốc gia: đầu tư hạ tầng và con người để thoát cảnh “chỉ có lab”
Công nghệ lượng tử đã được xác định là một trong những công nghệ chiến lược ở cấp quốc gia. Qua từng giai đoạn, các viện nghiên cứu được Đảng, Nhà nước và Viện Hàn lâm quan tâm đầu tư hạ tầng: phòng thí nghiệm quang tử, thiết bị vật lý hạt nhân, hạ tầng tính toán hiệu năng cao để mô phỏng các hệ lượng tử và cấu trúc vật chất phức tạp. Nhưng hạ tầng không tự tạo ra ứng dụng. Theo PGS.TS Đinh Trung Hòa, Việt Nam không nên chờ đến khi công nghệ lượng tử hoàn thiện mới bắt đầu chuẩn bị. Điều quan trọng hiện nay là đầu tư cho nguồn nhân lực, nâng cao năng lực nghiên cứu, chuẩn bị cho mật mã hậu lượng tử và tạo điều kiện để nhà khoa học, sinh viên tiếp cận nền tảng lượng tử. Nếu không kiên trì tạo hệ sinh thái từ cơ quan quản lý, viện nghiên cứu, trường đại học đến doanh nghiệp, chúng ta sẽ mãi là người “xem diễn” công nghệ lượng tử thay vì đồng sáng tạo.
