Công nghệ lượng tử: Lời hứa trăm năm và thực tế phũ phàng
Công nghệ lượng tử là nhóm công nghệ dựa trên việc điều khiển có chủ đích từng nguyên tử, photon hoặc trạng thái lượng tử riêng lẻ để thực hiện các nhiệm vụ tính toán, truyền thông và đo lường mà máy móc cổ điển khó hoặc không thể đảm nhiệm.
Điều nghịch lý là sau hơn một thế kỷ nghiên cứu cơ học lượng tử, đời sống hàng ngày của chúng ta đã tràn ngập những ứng dụng dựa trên nó như transistor, chip bán dẫn hay laser, nhưng chính thứ được gọi là “công nghệ lượng tử thế hệ mới” lại vẫn chủ yếu nằm trong phòng thí nghiệm. Trong khi truyền thông liên tục nói về cuộc đua máy tính lượng tử, internet lượng tử hay cảm biến lượng tử, trải nghiệm thực tế của đa số doanh nghiệp và người dùng vẫn là… chẳng có gì thay đổi. Vấn đề không nằm ở việc ý tưởng thiếu đột phá, mà ở chỗ khoảng cách từ lý thuyết đến sản phẩm là một hố sâu mà ngành này chưa thành công bắc cầu.
Vật lý không nhân nhượng: Qubit mong manh và chi phí kỹ thuật khổng lồ
Cốt lõi của máy tính lượng tử là qubit. Nhưng những trạng thái lượng tử tạo nên qubit cực kỳ mong manh: chỉ cần chút nhiệt, rung động cơ học, nhiễu điện từ hoặc tương tác rất nhỏ với môi trường cũng đủ phá vỡ trạng thái lượng tử trước khi phép tính hoàn thành. Đây là rào cản vật lý mà không chiến dịch marketing nào lấp được.
Để đối phó, các nhà nghiên cứu phát triển công nghệ sửa lỗi lượng tử, song “một qubit logic ổn định thường cần rất nhiều qubit vật lý”. Hệ quả là hệ thống ngày càng phức tạp và đắt đỏ. Chưa dừng ở đó, việc chế tạo và vận hành công nghệ lượng tử đòi hỏi điều kiện khắt khe: nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, laser siêu chính xác, buồng chân không và hệ quang học tinh vi. Những yêu cầu này biến mỗi mẫu thử thành một công trình kỹ thuật khổng lồ, khó có cơ hội trở thành sản phẩm đại trà trong ngắn hạn.
Từ nguyên mẫu đến thị trường: Khoảng trống mà giới đầu tư hay đánh giá thấp
Ngay cả khi vượt qua được thách thức vật lý, công nghệ lượng tử vẫn bị kẹt ở “vùng xám” giữa nguyên mẫu và sản phẩm. Một nguyên mẫu hoạt động trong phòng thí nghiệm không đồng nghĩa với sản phẩm thương mại. Nó còn cần cả chuỗi cung ứng, linh kiện tiêu chuẩn, quy trình sản xuất, đội ngũ kỹ sư, phần mềm, hệ thống bảo trì và quan trọng nhất là thị trường đủ lớn để nuôi sống toàn bộ cấu trúc đó.
Ngay cả với máy tính lượng tử, các hệ thống hiện nay chủ yếu phục vụ mục đích đào tạo và nghiên cứu thuật toán, chưa thể thay thế máy tính truyền thống. Máy tính lượng tử không hề nhanh hơn trong mọi nhiệm vụ; một ứng dụng chỉ hợp lý khi phần cứng đủ tốt, thuật toán có lợi thế và bài toán mang giá trị kinh tế hoặc xã hội đủ lớn. Đối với những cỗ máy có sửa lỗi hoàn chỉnh, giải được bài toán công nghiệp quy mô lớn, mục tiêu vẫn mang tính dài hạn, có thể cần từ 10 năm trở lên.
Khủng hoảng niềm tin khoa học: Khi các ông lớn né tránh thẩm định độc lập
Bên cạnh thách thức kỹ thuật, công nghệ lượng tử còn đối mặt một vấn đề nhạy cảm hơn: niềm tin khoa học. Một hãng công nghệ lớn từng tuyên bố đạt bước tiến quan trọng khi tạo ra các quasiparticle Majorana phục vụ máy tính lượng tử, nhưng nhiều nhà khoa học lập tức nghi ngờ vì dữ liệu không thuyết phục và thiếu thẩm định ngang hàng. Trước đó, hãng này đã phải rút một bài báo khỏi một tạp chí khoa học danh tiếng sau khi các nhà vật lý độc lập chỉ ra lỗi trong phân tích dữ liệu.
Mới đây, họ lại công bố đã tạo ra qubit tin cậy hơn 1.000 lần so với thế hệ trước nhờ một công cụ AI nội bộ, song vẫn từ chối chia sẻ dữ liệu thô với lý do nhạy cảm thương mại. Các nhà khoa học bên ngoài không chấp nhận lập luận đó: theo một lãnh đạo phụ trách phát triển tại một nhà sản xuất máy tính lượng tử, có rất nhiều chuyên gia độc lập đủ khả năng đánh giá các tuyên bố khoa học, và việc để các tuyên bố được thẩm định là một phần thiết yếu của tiến trình khoa học. Khi doanh nghiệp chạy nhanh hơn quy trình kiểm chứng, công nghệ lượng tử không chỉ mắc kẹt về kỹ thuật mà còn bị kìm hãm bởi khủng hoảng niềm tin.
Tương lai không đồng loạt: Nhánh tiến nhanh, nhánh giậm chân
Không nên nhìn công nghệ lượng tử như một khối đồng nhất. Một số nhánh đã bước ra khỏi phòng thí nghiệm: đồng hồ nguyên tử từ lâu là nền tảng định vị và đồng bộ thời gian; cảm biến lượng tử đang được ứng dụng hoặc thử nghiệm trong đo từ trường, trọng lực, địa chất, dẫn đường và y sinh; máy phát số ngẫu nhiên lượng tử đã có sản phẩm thương mại, còn một số hệ thống phân phối khóa lượng tử đã triển khai trên các mạng truyền thông chuyên dụng.
Ngược lại, máy tính lượng tử đa dụng có khả năng sửa lỗi và giải các bài toán lớn vẫn mang đậm tính nghiên cứu và thử nghiệm. Trong vài năm tới, tiến bộ có thể rõ nhất ở cảm biến lượng tử, đo lường chính xác, đồng hồ nguyên tử thế hệ mới, thiết bị tạo số ngẫu nhiên lượng tử và một số hệ truyền thông bảo mật. Nhưng với những cỗ máy tính lượng tử có khả năng giải bài toán công nghiệp quy mô lớn, chúng ta nên thành thật: đây vẫn là canh bạc dài hơi, và xã hội cần chuẩn bị cho một chặng đường nhiều thập kỷ chứ không phải vài chu kỳ sản phẩm.
