Vào tháng 11, chính phủ Hoa Kỳ đã bổ sung thêm 12 công ty Trung Quốc vào danh sách đen xuất khẩu của mình, với lý do lo ngại về an ninh quốc gia. Lần này, các công ty điện toán lượng tử nằm trong số đó.
Theo Bộ Thương mại Hoa Kỳ, một số công ty được thêm vào danh sách đen đã hỗ trợ “các ứng dụng chống tàu ngầm và tàng hình của quân đội Trung Quốc, cũng như khả năng phá vỡ mã hóa hoặc phát triển mã hóa không thể phá vỡ”.
Đây đều là những ứng dụng có liên quan đến công nghệ lượng tử mà cả Mỹ và Trung Quốc đều đang chạy đua phát triển. Công nghệ này hoạt động chính xác như thế nào và nó có thực sự là một công cụ thay đổi cuộc chơi? Đọc để tìm hiểu.
Công nghệ lượng tử là gì?
Công nghệ lượng tử là một lĩnh vực vật lý phức tạp khám phá hành vi của các hạt hạ nguyên tử – những hạt nhỏ hơn nguyên tử, khối cấu tạo cơ bản của mọi vật chất.
Một lĩnh vực quan tâm chính trong công nghệ lượng tử là tính toán lượng tử. Không giống như một máy tính cổ điển, thực hiện các phép tính một lúc, một máy tính lượng tử có thể thực hiện nhiều phép tính cùng một lúc.
Đơn vị cơ bản của thông tin trong máy tính cổ điển là “bit“, đại diện cho một trong hai giá trị nhị phân – không hoặc một. Máy tính có thể giải thích các giá trị này và biểu diễn chúng ở các định dạng khác nhau, bao gồm cả từ ngữ và hình ảnh.
Máy tính lượng tử sử dụng một đơn vị bộ nhớ cơ bản khác: qubit, có tính linh hoạt để biểu diễn cả 0, một hoặc cả hai cùng một lúc. Khả năng tồn tại của một đối tượng ở nhiều dạng cùng một lúc được gọi là chồng chất.
Mọi thứ trở nên phức tạp hơn khi nhiều qubit trong máy tính tương tác với nhau.
Đây là nơi xuất hiện khái niệm vướng víu: nhiều hạt trong một hệ lượng tử được kết nối và ảnh hưởng lẫn nhau.
Ví dụ, nếu một qubit đại diện cho 0, một qubit khác vướng vào nó sẽ nhận giá trị của một và ngược lại, làm cho phép đo của mỗi qubit phụ thuộc vào qubit kia.
Bởi vì các đơn vị thông tin cơ bản của máy tính lượng tử có thể đại diện cho tất cả các khả năng cùng một lúc, nên về mặt lý thuyết, chúng nhanh hơn và mạnh hơn nhiều so với các máy tính thông thường mà chúng ta quen thuộc. Ví dụ, các nhà vật lý ở Trung Quốc gần đây đã khởi chạy một máy tính lượng tử mà họ cho rằng mất 1 phần nghìn giây để thực hiện một nhiệm vụ mà một máy tính thông thường sẽ mất 30 nghìn tỷ năm.
Nếu chúng tuyệt vời như vậy, tại sao tất cả các máy tính không phải là máy tính lượng tử?
Xem xét nỗi ám ảnh của chúng ta về tốc độ trong công nghệ, bạn có thể nghĩ rằng tính toán lượng tử sẽ là mặc định ngay bây giờ.
Nhưng cho đến nay, những cỗ máy này chỉ hoạt động trong môi trường được bảo vệ trong thời gian ngắn đối với các tác vụ đặc biệt cao và chúng mắc rất nhiều lỗi. Do đó, vấn đề tranh luận giữa các nhà khoa học là liệu “quyền tối cao lượng tử” – ý tưởng rằng máy tính lượng tử có thể làm tốt hơn các máy tính thông thường của chúng, ít nhất là trong một số nhiệm vụ cụ thể – đã bao giờ đạt được hay chưa.
Một thách thức lớn đối với các nhà khoa học là làm sao để các qubit duy trì sự chồng chất và vướng víu đủ lâu để hoàn thành một nhiệm vụ. Các trạng thái chồng chất và vướng víu lượng tử cực kỳ mỏng manh và nếu không có điều kiện nhiệt độ và môi trường thích hợp, chúng sẽ nhanh chóng mất đi các phẩm chất và hoạt động thất thường.
Để hoạt động bình thường, qubit phải được bảo quản trong tủ lạnh đặc biệt ở nhiệt độ cực thấp gần với điểm mà các nguyên tử ngừng chuyển động. Nhu cầu về thiết bị chuyên dụng là lý do chính mà chỉ những quốc gia sẵn sàng đầu tư một lượng lớn tài nguyên mới nghiên cứu tính toán lượng tử.
Nhà vật lý lượng tử hàng đầu Trung Quốc Pan Jianwei ước tính vào tháng 10 sẽ mất “bốn đến năm năm làm việc chăm chỉ” để sửa lỗi lượng tử cho hai máy tính lượng tử mà nhóm của ông đã phát triển, trước khi chúng có thể giải quyết các câu hỏi khoa học quan trọng có giá trị thực tiễn.
Một số ứng dụng tiềm năng là gì?
Trong một bài báo được xuất bản vào năm 2020, Pan, cha đẻ của chương trình vệ tinh lượng tử của Trung Quốc, đã nêu ra ba ứng dụng cho công nghệ lượng tử mà nước này đang cố gắng phát triển:
- Cảm biến lượng tử có thể tiết lộ một tàu ngầm ẩn hàng trăm mét dưới đại dương, hoặc các thiết bị dẫn đường có thể hoạt động độc lập trong nhiều tháng mà không cần tín hiệu GPS;
- Máy tính lượng tử , có thể thực hiện các phép tính mà máy tính hiệu suất cao ngày nay phải trải qua hàng nghìn năm mới giải được – chẳng hạn như bẻ khóa mã hóa – chỉ trong vài giây;
- Internet lượng tử sử dụng các hạt vướng víu để truyền thông điệp, dẫn đến liên lạc siêu an toàn.
Ngoài các ứng dụng quân sự và an ninh quốc gia, nghiên cứu lượng tử có thể giúp đạt được những đột phá khoa học quan trọng.
Theo báo cáo của McKinsey năm 2021, có nhiều hy vọng rằng điện toán lượng tử có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển các loại thuốc mới bằng cách mô hình hóa các phân tử lớn hơn, phức tạp hơn nhanh hơn rất nhiều.
Các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu các ứng dụng khí hậu và đề xuất rằng các mô phỏng điện toán lượng tử tốc độ cao có thể giúp các nhà khoa học tạo ra pin hoặc phân bón hiệu quả hơn, hoặc tìm cách tối ưu hóa các quy trình để giảm lượng khí thải carbon.
Khi sự quan tâm đến các ứng dụng điện toán lượng tử ngày càng tăng, những gã khổng lồ công nghệ đứng đầu R&D – bao gồm IBM, Google, Huawei Technologies Co. và Alibaba, công ty mẹ của South China Morning Post – đã cung cấp các nền tảng miễn phí để mọi người phát triển các thuật toán lượng tử.
Những quốc gia nào đang dẫn đầu trong cuộc chạy đua công nghệ lượng tử?
Anh, Liên minh châu Âu và Mỹ đều đã công bố kế hoạch trong những năm gần đây để giữ vai trò dẫn đầu trong cuộc chạy đua toàn cầu về khoa học và công nghệ lượng tử.
Mặt khác, chương trình lượng tử quốc gia của Trung Quốc được giấu kín cho đến năm 2020, khi họ liệt công nghệ lượng tử là ưu tiên hàng đầu, cùng với sáu lĩnh vực khoa học và công nghệ quan trọng khác trong kế hoạch phát triển 5 năm của đất nước .
Vào tháng 12 năm 2021, một báo cáo của Harvard cho biết trong lĩnh vực điện toán lượng tử, giao tiếp lượng tử và cảm nhận lượng tử – ba lĩnh vực được các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ dẫn đầu theo truyền thống – “Trung Quốc đang bắt kịp và trong một số trường hợp, đã vượt qua Mỹ”.
Cả hai quốc gia đã đầu tư một số tiền khổng lồ và đề ra các chính sách nghiêm ngặt liên quan đến việc nghiên cứu công nghệ lượng tử.
Vào tháng 9 năm 2020, Pan và nhóm của ông tuyên bố đã đạt được ưu thế lượng tử với một cỗ máy mới nhanh hơn một triệu lần so với kỷ lục được nắm giữ bởi Sycamore , một máy tính lượng tử do Google xây dựng.
Theo báo cáo của Valuenex vào năm 2021, Trung Quốc có hơn 3.000 bằng sáng chế liên quan đến công nghệ lượng tử, gấp đôi so với Mỹ, nhưng lại tụt hậu về các bằng sáng chế dành riêng cho điện toán lượng tử.
Tại sao Mỹ lại lo lắng về nghiên cứu lượng tử của Trung Quốc?
Theo một báo cáo nghiên cứu của Quốc hội Hoa Kỳ, tính toán lượng tử có thể là mối đe dọa đối với các phương pháp mã hóa hiện tại vào khoảng năm 2030-2040.
Mã hóa hiện đại được sử dụng để bảo vệ thông tin gần như không thể bị bẻ khóa đối với máy tính thông thường, nhưng máy tính lượng tử có thể làm như vậy với sức mạnh xử lý vượt trội của chúng.
Điều này có thể cho phép “kẻ thù tiếp cận thông tin nhạy cảm về các hoạt động tình báo hoặc quân sự của Hoa Kỳ”, báo cáo cho biết.
Báo cáo cũng dự đoán rằng với những cải tiến trong cả tính toán lượng tử và máy học, một lĩnh vực con của trí tuệ nhân tạo, các quốc gia có thể phát triển các loại vũ khí chính xác và nguy hiểm hơn.
Trung Quốc đã phát triển thiết bị lượng tử với các ứng dụng quân sự tiềm năng.
Năm nay, các nhà khoa học từ Đại học Thanh Hoa đã phát triển một radar lượng tử có thể phát hiện máy bay tàng hình bằng cách tạo ra một cơn bão điện từ nhỏ.
Năm 2017, Học viện Khoa học Trung Quốc cũng đã phát triển một máy dò tàu ngầm lượng tử có thể phát hiện tàu ngầm từ rất xa.
Theo: Scmp.
