Trung Quốc chuẩn bị cho bước nhảy vọt về công nghệ lượng tử

Trung Quốc đang đạt được những bước tiến mới trong nỗ lực làm rung chuyển vị thế với tư cách là quốc gia dẫn đầu về điện toán lượng tử, một công nghệ đầy hứa hẹn. Công nghệ này được cho là có thể thúc đẩy nghiên cứu khoa học và chuyển đổi các ngành công nghiệp sử dụng nhiều dữ liệu, từ tài chính và dược phẩm sang hậu cần và năng lượng xanh.

Baidu Inc., một công ty tiên phong về internet của Trung Quốc được biết đến với công cụ tìm kiếm giống Google, vào cuối tháng 8 cho biết họ đã chế tạo phiên bản máy tính lượng tử của riêng mình, một thiết bị thí nghiệm khai thác những điều kỳ quặc của vật lý lượng tử để thực hiện các phép tính với tốc độ vượt xa máy tính thông thường.

Bước đột phá này tiếp nối những dự án gần đây của IBM, Google và nhiều công ty khác ở Mỹ, những tên tuổi hàng đầu thế giới trong lĩnh vực công nghệ lượng tử. Mỹ, Đức, Pháp và Ấn Độ đã khẳng định tài trợ hàng tỉ USD cho nghiên cứu công nghệ lượng tử vài năm tới. Trong khi đó, Trung Quốc, không công bố con số cụ thể về khoản đầu tư của mình.

Baidu cho biết mẫu máy tính mới của họ có thể truy cập miễn phí qua một trang web và ứng dụng di động cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư và thậm chí cả học sinh. Các công ty Hoa Kỳ, bao gồm IBM và Google, cũng cung cấp các trang web để truy cập vào máy tính lượng tử của họ.

“Nó sẽ hoạt động như một cơ sở để mọi người tìm hiểu thêm về công nghệ”, Yvonne Gao, một trợ lý giáo sư tại Trung tâm Công nghệ Lượng tử của Đại học Quốc gia Singapore, nói về Qian Shi, tên của chiếc máy tính mới, có nghĩa là “thiên đường là nguồn gốc của mọi thứ ”bằng tiếng Quan Thoại. “Nó chắc chắn hữu ích để thúc đẩy đổi mới theo hướng này.”

Liệu các thiết bị điện toán lượng tử cuối cùng có chuyển từ phòng thí nghiệm sang việc sử dụng rộng rãi cho mục đích thương mại hay không vẫn còn là một cuộc tranh luận trong cộng đồng khoa học. Các bằng chứng chỉ ra rằng máy tính lượng tử có thể giải quyết trong các vấn đề nhất định trong vài giây mà ngay cả những siêu máy tính nhanh nhất cũng phải mất hàng nghìn hoặc hàng triệu năm.

Máy tính lượng tử được tạo nên dựa theo nguyên lý bit lượng tử, hay qubit, thay vì các số không kỹ thuật trong máy tính thông thường.

Bit là những con số chỉ có thể có một giá trị duy nhất. Nhưng qubit – được mã hóa thành các hạt hạ nguyên tử và nguyên tử bao gồm electron, photon và ion – có thể tồn tại dưới dạng số 0 và số một cùng một lúc. Hiện tượng này, được gọi là chồng chất, làm cho các qubit có hiệu quả vượt trội trong việc xử lý các phép tính nhất định, chẳng hạn như các phép tính cần thiết để mô phỏng thế giới vật chất hoặc tối ưu hóa các quy trình kinh doanh.

Qubit cũng đặc biệt nhờ khả năng đi vào rối lượng tử, có nghĩa là hai hạt, ở khoảng cách xa, sẽ phản chiếu các hành vi của nhau như thể chúng được liên kết với nhau. Một tính năng như vậy có thể được khai thác để phối hợp tính toán. Mới đây, ba nhà vật lý vừa xác nhận sự tồn tại của hiện tượng này đã nhận giải Nobel Vật lý.

Nếu các nhà nghiên cứu thành công, máy tính lượng tử có thể giúp các nhà sản xuất pin dự đoán các phản ứng hóa học phức tạp để thiết kế các thiết bị hiệu suất cao hơn. Tương tự, máy tính có thể tăng tốc độ phát triển các loại thuốc mới bằng cách giúp các nhà sản xuất thuốc mô phỏng quá trình gấp protein.

Máy tính lượng tử cũng có thể có khả năng mở khóa các hình thức mã hóa tiêu chuẩn được sử dụng để bảo mật thông tin liên lạc trên toàn thế giới – một vấn đề rất được các tổ chức tài chính cũng như các chính phủ lo lắng trong việc giữ bí mật tình báo và quân sự quan tâm.

Các nhà vật lý lượng tử nói rằng chính khả năng đáng lo ngại này đã thúc đẩy sự quan tâm và đầu tư lớn của chính phủ vào công nghệ này trên toàn cầu.

Mỹ, Đức, Pháp và Ấn Độ là một trong những quốc gia từng cam kết tài trợ nhà nước lên tới 1 tỉ USD cho các hoạt động nghiên cứu công nghệ lượng tử trong vài năm tới. Bắc Kinh không công bố con số về các khoản đầu tư theo kế hoạch của mình, nhưng các báo cáo truyền thông Trung Quốc và các nhóm nghiên cứu chính sách của Hoa Kỳ, cho rằng Trung Quốc đưa ra các gói hỗ trợ từ 1 tỉ USD đến hơn 15 tỉ USD.

So với Mỹ, Trung Quốc đi sau trong lĩnh vực điện toán lượng tử nhưng lại đang có cách tiếp cận hiệu quả. Đầu tiên, họ tìm cách thống trị một lĩnh vực liên quan là truyền thông lượng tử nhằm phát triển thuật toán mã hóa gần như không thể bị bẻ khóa. Sau khi tiên phong xây dựng mạng Internet “chống hack”, Bắc Kinh đã chuyển sự chú ý sang tính toán lượng tử. Ngày càng có nhiều dự án nghiên cứu và đột phá mới đến từ Trung Quốc.

Công việc đã thúc đẩy một số nỗ lực thương mại chớm nở. Runyao Duan, giám đốc viện máy tính lượng tử của Baidu cho biết, Baidu đã dựa vào những đổi mới từ các trường đại học Trung Quốc để chế tạo máy tính của mình.

Theo phân tích năm 2022 của các bài báo khoa học từ Rand Corp., Hoa Kỳ vẫn dẫn đầu trong lĩnh vực này và Washington đã tìm cách làm chậm quá trình phát triển và nghiên cứu của Trung Quốc. Năm ngoái, Bộ Thương mại Hoa Kỳ đã cấm xuất khẩu thiết bị công nghệ cao cho tám công ty và phòng thí nghiệm của Trung Quốc dọ bị nghi ngờ hỗ trợ cho Trung Quốc trong việc xây dựng các ứng dụng quân sự dựa trên lượng tử. Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu rộng rãi hơn đối với thiết bị sản xuất chip silicon tiên tiến cũng đã ảnh hưởng đến các máy tính lượng tử.

Trong khi đó, các học giả Mỹ cho biết sinh viên Trung Quốc gặp khó khăn khi xin thị thực để thực hiện nghiên cứu lượng tử ở Mỹ. Scott Aaronson, Giám đốc Trung tâm Thông tin Lượng tử tại Đại học Texas, Austin nói: “Sinh viên hoặc các nhà nghiên cứu Trung Quốc không thể nói họ đang làm về lượng tử”.

Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ không trả lời các câu hỏi về chính sách cấp thị thực của mình nhưng cho biết họ coi việc nhập học của sinh viên quốc tế và các nhà nghiên cứu là một ưu tiên. Người phát ngôn cho biết: “Chúng tôi hoan nghênh sinh viên và học giả từ các quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa.

Tại hội nghị ở Bắc Kinh, nơi Qian Shi được công bố, Yu Dapeng, chủ nhiệm Viện Khoa học Lượng tử và Kỹ thuật của Thâm Quyến, đã than thở về những trở ngại do Hoa Kỳ áp đặt cũng như những thách thức nội bộ mà Trung Quốc đang đối mặt với sự phát triển công nghệ lượng tử. Tiến sĩ Yu nói: “Có rất nhiều người tham gia vào lĩnh vực lượng tử, nhưng hiếm khi thấy họ có sự đổi mới hoặc công nghệ cạnh tranh độc đáo của riêng mình”.

Các chuyên gia tại Rand Corp. và các nơi khác nói rằng những tiến bộ về điện toán lượng tử của Trung Quốc đã mang lại lợi ích cho lĩnh vực này trên toàn cầu, đồng thời nói thêm rằng nhiều hạn chế hơn từ Hoa Kỳ sẽ làm chậm tốc độ tiến bộ khoa học. Theo phân tích của Rand Corp., một nửa số bài báo đã xuất bản về kết quả nghiên cứu lượng tử từ sự hợp tác quốc tế và các nhà khoa học Hoa Kỳ là đồng tác giả của nhiều bài báo lượng tử với các nhà khoa học từ Trung Quốc hơn bất kỳ quốc gia nào khác.

Vẫn còn rất nhiều nghiên cứu phải được thực hiện trước khi máy tính lượng tử phát huy hết tiềm năng của chúng. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng việc xây dựng một máy tính lượng tử đủ mạnh để bẻ các giao thức mã hóa dữ liệu hiện có sẽ đòi hỏi hàng triệu qubit — một cột mốc mà họ cho rằng có thể sẽ diễn ra trong một thập kỷ hoặc hơn. IBM, công ty hàng đầu trong ngành ngày nay, đã tạo ra một máy tính lượng tử với 127 qubit. Baidu cho biết Qian Shi có 10 qubit và công ty có kế hoạch phát hành một máy tính 36 qubit vào năm tới.

Các nhà khoa học trên thế giới hiện đang tìm cách chế tạo các máy tính lượng tử phức tạp hơn, bao gồm việc thử các hạt khác nhau dưới dạng qubit và sử dụng các phương pháp khác nhau để điều khiển chúng. Thiết kế máy tính lượng tử phổ biến nhất hiện nay — loại đang được phát triển bởi IBM, Google, Rigetti và bây giờ là Baidu — dựa trên một thiết bị làm mát chip máy tính đến nhiệt độ cực thấp, đưa các electron của nó vào trạng thái lượng tử. Các công ty cũng đang tìm kiếm các ứng dụng thương mại tạm thời, chẳng hạn như cải thiện quản lý tài sản tài chính hoặc điều phối tuyến đường vận chuyển.

Theo The Wall Street Journal