Google vừa ra mắt cỗ máy chỉ mất 200 giây để giải bài toán mà các siêu máy tính mất 10.000 năm để giải, nhưng đường dài mới biết ngựa hay trong cuộc đua về công nghệ lượng tử giữa Mỹ và Trung Quốc

Google mới đây đã công bố bước đột phá trong nghiên cứu điện toán lượng tử với một loại máy tính mới có thể giải một bài toán chỉ trong 200 giây, công việc mà siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay phải mất 10.000 năm để thực hiện. Google gọi đây là "ưu thế lượng tử".

Nhưng, như thường lệ, Trung Quốc - không chịu lép vế - đang vượt lên Mỹ trong một khía cạnh cụ thể của công nghệ lượng tử - truyền thông.

Những bước tiến của Bắc Kinh trong lĩnh vực này - đảm bảo thông tin liên lạc của Trung Quốc bất khả xâm phạm - khiến các điệp viên Mỹ "mò mẫm trong bóng tối" mà chẳng thu thập được gì trong khi cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Trung Quốc đang nóng lên, một viễn cảnh báo động cho Washington.

Ưu thế lượng tử

Mặc dù các đối thủ vẫn đang hoài nghi về thành tựu của Google, nhưng bước tiến này là không thể phủ nhận.

Theo ông Joe Fitzsimons, giám đốc điều hành của Horizon Quantum Computing, đây là một cột mốc cực kỳ quan trọng đối với lĩnh vực này. Lần đầu tiên có một bộ xử lý lượng tử làm được việc mà một máy tính thông thường không thể thực hiện được.

Điện toán lượng tử dựa trên bit lượng tử, gọi là qubit. Bit trong điện toán hiện nay chỉ biểu hiện ở trạng thái 1 hoặc 0. Nhưng qubit, nhờ có đặc tính cơ lượng tử, có đồng thời hai trạng thái 1 và 0 hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của cả hai. Trạng thái kép này tạo nên sự khác biệt với tốc độ xử lý dữ liệu tăng theo cấp số nhân.

Điều này sẽ có các ứng dụng vượt ra ngoài vật lý và toán học. Máy tính lượng tử có thể tạo ra những đột phá trong trí tuệ nhân tạo tự học, cung cấp những kiến thức y học bằng cách mô phỏng các phân tử sinh học cực kỳ phức tạp, phá vỡ tất cả các loại khoá mã hoá hiện có, đồng thời tạo tiền đề cho một loại mã hóa lượng tử không thể xâm phạm.

Điểm cuối cùng là lý do tại sao nhiều quốc gia - dẫn đầu là Mỹ và Trung Quốc - lại quan tâm đặc biệt tới điện toán lượng tử. Về mặt lý thuyết, quốc gia đầu tiên thành công với mã hóa lượng tử có thể bảo vệ mọi thông tin khỏi các phương pháp giám sát kỹ thuật số truyền thống của các đối thủ. Ngoài ra, điện toán lượng tử cũng có thể hoàn tác các phương tiện giữ bí mật dữ liệu hiện có.

Máy tính lượng tử sử dụng qubit để xử lý lượng dữ liệu khổng lồ vượt quá khả năng của các máy truyền thống. Truyền thông lượng tử sử dụng bản chất vật lý của các hạt lượng tử để mã hóa dữ liệu, truyền tải thông tin trong trạng thái bảo mật tuyệt đối - không phụ thuộc vào độ mạnh của máy tính, độ tối tân của dụng cụ hay sự xảo quyệt của hacker.

Theo ông Fitzsimons, theo đuổi điện toán lượng tử quy mô lớn giống như một cuộc đua marathon hơn là chạy nước rút. Hiện tại Google đang ở ​​vị trí dẫn đầu, nhưng vẫn còn một chặng đường dài để về đích. Các đối thủ cạnh tranh Trung Quốc và cả những viện nghiên cứu của Mỹ đang theo "sát nút".

Qubit Trung Quốc

Trong một bài phân tích cho Trung tâm An ninh Mỹ, các tác giả Elsa Kania và John Costello đã viết rằng: "Trung Quốc đang đặt mình vào vị trí một cường quốc khoa học lượng tử".

"Ở cấp độ cao nhất, các nhà lãnh đạo Trung Quốc nhận ra tiềm năng chiến lược của khoa học và công nghệ lượng tử để tăng cường các khía cạnh kinh tế và quân sự trong sức mạnh quốc gia. Những tham vọng lượng tử này đan xen với mục tiêu chiến lược quốc gia của Trung Quốc để trở thành một siêu cường khoa học và công nghệ," họ lập luận.

Nhiều năm nay, Trung Quốc đã rót hàng tỷ USD tài trợ cho nghiên cứu lượng tử, đặc biệt tập trung vào truyền thông mã hóa bất khả xâm phạm, cho phép nước này tránh được sự giám sát của Mỹ.

Tổ chức hàng đầu trong lĩnh vực này là Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), một trong những trường danh tiếng nhất cả nước, có trụ sở tại Hợp Phì gần Thượng Hải. Chủ tịch Tập Cận Bình đã đến thăm USTC vào năm 2016, nơi ông đã gặp nhà vật lý Pan Jianwei, phó chủ tịch trường và là "cha đẻ của lượng tử" tại Trung Quốc.

UTSC dẫn đầu những nỗ lực xây dựng một mạng lưới truyền thông lượng tử trên toàn Trung Quốc, sẽ kết nối Bắc Kinh, Thượng Hải, Quảng Châu và 5 thành phố khác thông qua các vệ tinh và cáp quang. Trong bài thuyết trình tại một hội nghị ở Thượng Hải vào tháng 8 do Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) đồng tổ chức, ông Pan đã giải thích cách các vệ tinh lượng tử được sử dụng để cung cấp "bảo mật vô điều kiện" trong việc truyền dữ liệu không thể xâm phạm để giám sát.

Ông cũng lãnh đạo nhóm nghiên cứu Micius - vệ tinh lượng tử đầu tiên trên thế giới, được Trung Quốc phóng lên vào năm 2016, được đặt theo tên của triết gia Trung Quốc Mặc Tử. Vệ tinh này đã bảo vệ thành công một cuộc gọi video vào năm 2017 giữa Bắc Kinh và Vienna bằng cách sử dụng mã hóa lượng tử, khiến nó không thể bị nghe lén.

Ông Pan hiện đang xây dựng một phòng thí nghiệm nghiên cứu lượng tử mới ở Hợp Phì, trong đó chính phủ đã tài trợ hơn 1 tỷ USD.

"Chúng tôi chỉ là những người theo sau và học hỏi khi khoa học thông tin hiện đại ra đời", ông Pan đã nói với MIT Technology Review. "Bây giờ chúng tôi có cơ hội trở thành người dẫn đầu."

Nhưng theo ông Fitzsimons của Horizon, tuy có những thành tựu lớn trong lĩnh vực truyền thông lượng tử, Trung Quốc lại thua Mỹ và châu Âu về điện toán lượng tử.

Trong những năm gần đây, các trường đại học và công ty công nghệ lớn của Trung Quốc như Alibaba, Baidu, Tencent và Huawei đang nỗ lực nghiên cứu lĩnh vực này, bước đầu đã mang lại kết quả.

Cuộc chạy đua vũ trang lượng tử

Những lợi ích tiềm năng của điện toán lượng tử đối với Trung Quốc đã được công nhận ở mức cao nhất. Các công nghệ lượng tử đã được nêu bật trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 13 của đất nước, được giới thiệu vào năm 2016. Chủ tịch Tập Cận Bình cũng đề cập đến vấn đề này trong bài phát biểu công bố Sáng kiến ​​Vành đai và Con đường, chương trình cơ sở hạ tầng và thương mại rộng lớn của Trung Quốc.

Các công ty tư nhân Trung Quốc cũng tham gia vào đấu trường nghiên cứu lượng tử: Chỉ riêng Alibaba đã bơm khoảng 15 tỷ USD vào các phòng thí nghiệm tập trung vào các công nghệ trong tương lai, bao gồm cả điện toán lượng tử.

Theo công ty phân tích Patinformatics, các tổ chức Trung Quốc đã nộp gần gấp đôi số bằng sáng chế liên quan đến công nghệ thông tin lượng tử (QIT) so với Mỹ năm 2017 và hơn 70% bằng sáng chế QIT học thuật kể từ năm 2012 đã được trao cho các trường đại học Trung Quốc, Mỹ đứng thứ hai ở mức 12%.

Khoản tài trợ khổng lồ của Bắc Kinh và những tiến bộ các nhà khoa học Trung Quốc đạt được không được Washington chú ý.

"Những thành tựu của Trung Quốc trong khoa học lượng tử có thể tác động đến sự cân bằng chiến lược và quân sự trong tương lai, thậm chí có thể vượt qua những lợi thế công nghệ quân sự truyền thống của Mỹ", theo các tác giả Kania và Costello. Mỹ "nên tăng cường những nỗ lực hiện có để trở thành người dẫn đầu, hoặc ít nhất là một đối thủ chính, trong sự phát triển của các công nghệ lượng tử."

Khuyến nghị của họ cùng những cảnh báo tương tự từ các chuyên gia khác, đã mang lại kết quả.

Vào tháng 8, Tổng thống Donald Trump đã ký Đạo luật Sáng kiến ​​Lượng tử Quốc gia. Luật này rót thêm thêm 1,2 tỷ USD tài trợ nghiên cứu trong vòng 5 năm, cũng như thành lập một ủy ban lượng tử quốc gia để điều phối nghiên cứu và tài trợ công cho lĩnh vực này.

Trong tuyên bố ban hành luật, Nhà Trắng tuyên bố sẽ "đảm bảo sự lãnh đạo liên tục của Mỹ trong các ứng dụng khoa học và công nghệ thông tin lượng tử".

Tuy nhiên, theo ông Dimitris Angelakis, điều tra viên chính tại Trung tâm Công nghệ lượng tử của Singapore, "thách thức lớn nhất trong lĩnh vực này trong những năm tới không phải là tiền".

Khi lĩnh vực này phát triển, cạnh tranh về nhân tài cũng tăng lên - một yếu tố bị ảnh hưởng bởi địa chính trị và mối lo ngại về an ninh đối với các công nghệ lượng tử.

"Chắc chắn có một cuộc đua đang diễn ra và tình hình địa chính trị hiện tại không giúp khoa học thực sự tiến bộ." Ông Angelakis đề cập đến sự việc Mỹ không cung cấp visa cho các quan chức ngành vũ trụ Trung Quốc tới dự Đại hội Vũ trụ Quốc tế (IAC) tại Washington vào ngày 21/10.

Trung Quốc đã cáo buộc Mỹ sử dụng thị thực nhập cảnh làm vũ khí chống lại nước này.

Theo phía Trung Quốc, vụ việc này chỉ là phần nổi của tảng băng chìm, rằng Mỹ vẫn tiếp tục từ chối cấp hoặc trì hoãn cấp hoặc hủy visa đối với học giả, sinh viên và nhà khoa học Trung Quốc.