Công nghệ lượng tử: Xu hướng công nghệ của tương lai

Giải quyết những vấn đề phức tạp trong cuộc sống

Trao đổi với phóng viên Báo Công Thương bên lề Triển lãm Quốc tế lần thứ 2 về công nghiệp điện tử và chế tạo thông minh Việt Nam diễn ra tại tỉnh Bắc Ninh mới đây, ông Lê Xuân Tâm - Phó Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bắc Ninh cho rằng, công nghệ lượng tử (Quantum Technology) là lĩnh vực khoa học mới, tuy nhiên công nghệ này sẽ trở thành một trong những xu hướng quan trọng của tương lai.

Theo Trung tâm Đổi mới sáng tạo quốc gia (Bộ Tài chính), công nghệ lượng tử là một lĩnh vực tiên tiến khai thác các hiện tượng của cơ học lượng tử, một nhánh vật lý mô tả hành vi của vật chất và năng lượng ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử. Khác với vật lý cổ điển, thế giới lượng tử có những quy tắc độc đáo như chồng chập (superposition) và vướng víu (entanglement).

Bằng cách tận dụng các hiện tượng này, công nghệ lượng tử tạo ra những bước nhảy vọt trong ba lĩnh vực chính gồm: Điện toán lượng tử (Quantum Computing), truyền thông lượng tử (Quantum Communication) và cảm biến lượng tử (Quantum Sensing).

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và chuyển đổi số, công nghệ lượng tử đang được đánh giá là lĩnh vực công nghệ có thể định hình tương lai của thế giới. Lĩnh vực này không chỉ thúc đẩy tăng trưởng kinh tế thông qua việc hình thành các ngành công nghiệp mới, mà còn góp phần bảo đảm an ninh quốc gia với các hệ thống liên lạc và định vị có độ bảo mật cao. Quan trọng hơn, công nghệ lượng tử được kỳ vọng sẽ giúp giải quyết nhiều bài toán khoa học phức tạp trong y học, môi trường và năng lượng.

Hiện nay, công nghệ lượng tử đang được ứng dụng trong phát triển máy tính lượng tử, truyền thông lượng tử và cảm biến lượng tử. Trong đó, máy tính lượng tử được xem là lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm nhất nhờ khả năng xử lý những bài toán cực kỳ phức tạp với tốc độ vượt trội so với các siêu máy tính hiện nay.

Theo các chuyên gia, công nghệ lượng tử có thể được ứng dụng trong phát triển thuốc mới, mô phỏng vật liệu tiên tiến, tối ưu hóa logistics, dự báo khí hậu, phân tích tài chính và bảo mật dữ liệu. Đây đều là những lĩnh vực có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội trong tương lai.

Sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính truyền thống nằm ở cách chúng xử lý thông tin. Máy tính thông thường sử dụng các bit chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1, trong khi máy tính lượng tử sử dụng qubit có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng lúc nhờ hiện tượng chồng chập lượng tử. Chính đặc tính này cho phép máy tính lượng tử xử lý song song nhiều khả năng tính toán mà máy tính truyền thống phải thực hiện tuần tự.

Nhờ khả năng xử lý song song này, máy tính lượng tử có thể giải quyết một số bài toán đặc thù với tốc độ vượt trội so với những hệ thống máy tính mạnh nhất hiện nay. Các chuyên gia cũng dự báo rằng trong vòng một thập kỷ tới, những hệ thống lượng tử đủ mạnh có thể tạo ra thách thức đối với nhiều thuật toán mã hóa phổ biến đang được sử dụng trong các giao dịch điện tử.

Tuy nhiên, từ tiềm năng đến ứng dụng rộng rãi vẫn là một chặng đường dài. Dù nhiều quốc gia đã đầu tư hàng tỷ USD cho nghiên cứu và phát triển công nghệ lượng tử, việc thương mại hóa lĩnh vực này vẫn đang đối mặt với không ít thách thức về chi phí, nhân lực và hạ tầng nghiên cứu.

Tạo dựng hệ sinh thái phát triển công nghệ lượng tử

Trong bối cảnh thế giới đang bước vào kỷ nguyên của những công nghệ đột phá, công nghệ lượng tử nổi lên như một trong những hướng đi mang tính cách mạng, có khả năng định hình lại nền kinh tế tri thức và nhiều ngành công nghiệp mũi nhọn.

Theo ông Nguyễn Quốc Hưng - Phó Chủ tịch Mạng lưới Công nghệ lượng tử Việt Nam (VnQuantum), Viện trưởng Viện Công nghệ lượng tử (Đại học Quốc gia Hà Nội), công nghệ lượng tử phát triển theo chu kỳ khoảng 20 năm, với các nguyên lý nền tảng được đặt ra từ thập niên 1980.

Đến năm 2000, các linh kiện lượng tử đầu tiên như qubit siêu dẫn tại Đại học Tokyo hay qubit cộng hưởng từ hạt nhân tại Đại học Oxford bắt đầu ra đời. Những năm gần đây, các công nghệ này ngày càng hoàn thiện, mở ra cơ hội ứng dụng thực tiễn trong tính toán, truyền thông và bảo mật.

Cũng theo ông Nguyễn Quốc Hưng, Việt Nam có nhiều lợi thế để tham gia vào cuộc đua công nghệ lượng tử. Đó là vị thế ngoại giao thuận lợi, khả năng hợp tác với nhiều trung tâm khoa học lớn trên thế giới, đội ngũ nhà khoa học Việt Nam đang làm việc tại các cơ sở nghiên cứu hàng đầu, cùng tiềm năng thu hút đầu tư trong lĩnh vực công nghệ cao.

Tuy nhiên, bên cạnh cơ hội, Việt Nam cũng đang đối mặt với nhiều thách thức. Công nghệ lượng tử là công nghệ chiến lược nhưng đồng thời cũng là cuộc chơi dài hạn, đòi hỏi nguồn lực lớn và sự kiên trì trong đầu tư. Việt Nam hiện vẫn thiếu các chuyên gia đầu ngành, phòng thí nghiệm hiện đại, cơ chế thu hút nhân tài cũng như năng lực tích hợp đa ngành.

Theo đó, để không bỏ lỡ cơ hội từ làn sóng công nghệ mới, Việt Nam cần có chiến lược phát triển dài hạn, chấp nhận đầu tư cho nghiên cứu cơ bản và đổi mới sáng tạo thay vì tìm kiếm những kết quả ngắn hạn.

Đặc biệt, Việt Nam cần có cơ chế đủ linh hoạt để tháo gỡ kịp thời các nút thắt về chính sách, tài chính và nhân lực. Đồng thời, cần tận dụng mạng lưới kiều bào khoa học để thu hút các chuyên gia Việt Nam đang làm việc tại những trung tâm lượng tử hàng đầu thế giới, kết hợp nghiên cứu cơ bản với đổi mới sáng tạo nhằm xây dựng hệ sinh thái phát triển bền vững, giảm dần sự phụ thuộc vào công nghệ nhập khẩu.

Trong bối cảnh nhiều quốc gia đang đẩy mạnh đầu tư cho công nghệ lượng tử, việc sớm chuẩn bị nguồn nhân lực, cơ sở nghiên cứu và cơ chế hỗ trợ phù hợp sẽ giúp Việt Nam nắm bắt cơ hội từ một trong những lĩnh vực công nghệ được kỳ vọng tạo ra những thay đổi sâu rộng nhất trong những thập niên tới.

Công nghệ lượng tử đang trở thành lĩnh vực cạnh tranh chiến lược giữa các nền kinh tế lớn. Mỹ, Trung Quốc, Liên minh châu Âu (EU), Nhật Bản và Hàn Quốc đã đầu tư hàng tỷ USD cho nghiên cứu, phát triển hạ tầng và đào tạo nhân lực lượng tử. Nhiều chuyên gia nhận định, bên cạnh trí tuệ nhân tạo (AI), công nghệ lượng tử sẽ là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy đổi mới sáng tạo và năng lực cạnh tranh quốc gia trong những thập niên tới.