Công nghệ lượng tử: Kỳ vọng lớn nhưng thực tế vẫn còn xa
Công nghệ lượng tử là tập hợp các kỹ thuật điều khiển và khai thác trạng thái lượng tử của từng nguyên tử, photon hoặc hệ hạt riêng lẻ để thực hiện tính toán, truyền thông và đo lường mà công nghệ cổ điển khó đạt được. Nó bao gồm máy tính lượng tử, truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử, đồng hồ nguyên tử thế hệ mới và các hệ đo lường siêu chính xác, được kỳ vọng tạo ra thế hệ ứng dụng hoàn toàn mới trong khoa học và công nghiệp. Tuy nhiên, sau hàng chục năm nghiên cứu, phần lớn công nghệ lượng tử vẫn mắc kẹt trong phòng lab. Nguyên nhân không phải vì thiếu đột phá khoa học, mà vì khoảng cách khổng lồ giữa một thí nghiệm tinh vi và một sản phẩm đáng tin cậy, có giá trị kinh tế và xã hội đủ lớn để doanh nghiệp dám đầu tư.
Những rào cản kỹ thuật: Khi qubit mong manh hơn chúng ta tưởng
Điểm yếu lớn nhất của công nghệ lượng tử nằm ở chỗ trạng thái lượng tử cực kỳ mong manh: chúng dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ, rung động, nhiễu điện từ hoặc những tương tác rất nhỏ với môi trường. Điều đó khiến qubit có thể mất trạng thái trước khi phép tính hoàn thành, nhất là khi máy tính lượng tử phải xử lý các bài toán phức tạp với hàng nghìn bước liên tiếp. Khi sai số nhỏ tích tụ, kết quả trở nên vô nghĩa, buộc các nhà khoa học phải phát triển công nghệ sửa lỗi lượng tử và dùng nhiều qubit vật lý để tạo ra một qubit logic ổn định. Thêm vào đó, nhiều nền tảng máy tính lượng tử phải hoạt động ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, trong buồng chân không, với hệ laser siêu chính xác và thiết bị quang học tinh vi. Việc chế tạo, vận hành, đo đạc, hiệu chuẩn trở thành chuỗi thách thức liên tục, chứ không chỉ là một bài toán thiết kế phần cứng đơn giản như người ngoài cuộc thường hình dung.
Từ nguyên mẫu đến sản phẩm: Vực sâu kinh tế – hạ tầng
Ngay cả khi đã có nguyên mẫu hoạt động trong phòng thí nghiệm, công nghệ lượng tử vẫn phải vượt qua một “vực sâu” kinh tế và hạ tầng trước khi trở thành sản phẩm thương mại. Một hệ thống máy tính lượng tử hay mạng lượng tử cần chuỗi cung ứng linh kiện tiêu chuẩn, quy trình sản xuất ổn định, đội ngũ kỹ sư, phần mềm vận hành, dịch vụ bảo trì và một thị trường đủ lớn để nuôi sống cả hệ sinh thái. Điều này giải thích vì sao nhiều nguyên mẫu gây tiếng vang trên báo chí nhưng không hề xuất hiện trong đời sống. Máy tính lượng tử, chẳng hạn, không nhanh hơn máy tính truyền thống trong mọi nhiệm vụ; một ứng dụng chỉ có ý nghĩa khi phần cứng đủ tốt, thuật toán tạo được lợi thế và bài toán đem lại giá trị kinh tế hoặc xã hội đáng kể. Doanh nghiệp không thể đổ vốn chỉ vì “đi trước một bước”, nếu chưa nhìn thấy đường ra thị trường cụ thể và bền vững.
Việt Nam: Hơn nửa thế kỷ nghiên cứu để không bước vào cuộc chơi từ con số 0
Việt Nam bước vào cuộc đua công nghệ lượng tử muộn hơn nhiều nước, nhưng không hề trắng tay. Từ năm 1969, các viện vật lý và toán học đã đặt nền móng cho nhiều hướng vật lý hiện đại như vật lý lý thuyết, 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, tích lũy hơn nửa thế kỷ nghiên cứu khoa học cơ bản. Công nghệ lượng tử được xác định là một trong những công nghệ chiến lược quốc gia. Với lợi thế trong quang học, quang tử và vật lý laser, các nhà khoa học đã hướng đến những nền tảng dựa trên photon, phát triển nguồn phát đơn photon, thiết bị phát và thu nhận đơn photon để xây dựng hệ thống truyền khóa lượng tử bảo mật ở khoảng cách vài kilomet. Theo các nhà nghiên cứu, nhiều kết quả trong các nhánh vật lý khác nhau đang dần kết nối để tạo thành nền tảng công nghệ lượng tử, chứng minh giá trị lâu dài của đầu tư vào nghiên cứu cơ bản.
Từ kỳ vọng đến chiến lược: Lãnh đạo cần nhìn công nghệ lượng tử như đường chạy dài
Một nghịch lý đáng chú ý là: trong khi công nghệ lượng tử chưa phổ biến, một số ứng dụng đã âm thầm bước vào đời sống. Đồng hồ nguyên tử là nền tảng của hệ thống định vị và đồng bộ thời gian; cảm biến lượng tử phục vụ đo từ trường, đo trọng lực, địa chất, dẫn đường và y sinh; máy phát số ngẫu nhiên lượng tử đã có sản phẩm thương mại; một số hệ thống phân phối khóa lượng tử được triển khai trong các mạng truyền thông chuyên 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. Ông nhấn mạnh: “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 các nhà khoa học, sinh viên tiếp cận các nền tảng lượng tử”. Về dài hạn, việc lựa chọn hướng đi phù hợp, duy trì các nhóm nghiên cứu cơ bản mạnh và xây dựng hạ tầng nghiên cứu – đào tạo là cách duy nhất để rút ngắn khoảng cách giữa phòng lab và ứng dụng thực tiễn.
