|
|
| Ảnh: Time |
Tại Trung tâm Nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM ở New York, các nhà khoa học luôn giữ một hộp chỉ nha khoa để phòng trường hợp họ cần khi thao tác với máy tính lượng tử loại mới nhất - cỗ máy có thể hoàn thành tác vụ nhanh gấp hàng triệu lần so với máy tính xách tay của bạn.
Máy tính lượng tử của IBM có tên System One, được che chắn bằng loại kính tương tự kính chống đạn bảo vệ bức tranh Mona Lisa, gồm ba hình trụ có chu vi nhỏ dần. Phần vỏ này bao bọc một chùm dây bạc vòng xếp nhiều tầng, đến tầng đế là nơi đặt một chip lượng tử.
Để hoạt động bình thường, con chip này nhiệt độ siêu lạnh xuống tới 0,015 K (-273° C). Hầu hết các vật liệu co lại hoặc trở nên giòn và gãy dưới cái lạnh khắc nghiệt như vậy, tuy nhiên chỉ nha khoa thông thường lại là trường hợp ngoại lệ.
Jay Gambetta, Phó chủ tịch mảng lượng tử của IBM cho biết: “Chỉ nha khoa là vật liệu cần thiết để cố định hệ thống dây bên trong máy tính lượng tử. Nhưng chỉ loại không có sáp, không có mùi, nếu không hơi thoát ra sẽ làm mọi thứ rối tung lên”.
IBM tiên phong về máy tính lượng tử với hơn 60 cỗ máy đang hoạt động, nhiều hơn phần còn lại của thế giới cộng lại. Những cái tên nổi tiếng khác trong lĩnh vực có Google, Amazon và Alibaba. Theo một phân tích của International Data Corp., ngành công nghiệp điện toán lượng tử toàn cầu được dự đoán sẽ tăng từ 412 triệu USD vào năm 2020 lên 8,6 tỉ USD vào năm 2027.
Trong khi các máy tính truyền thống dựa vào các “bit” nhị phân được ký hiệu là 1 và 0 để xử lý thông tin, thì máy tính lượng tử sử dụng qubit làm nền tảng. Chúng là các hạt hạ nguyên tử nhỏ có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái, giống như một đồng xu quay giữa không trung. Bước nhảy vọt này từ xử lý kép sang xử lý đa biến giúp tăng sức mạnh tính toán theo cấp số nhân. Những vấn đề phức tạp, mà siêu máy tính mạnh nhất phải mất vài năm để giải quyết, sẽ được máy tính lượng tử hoàn thành trong vài giây.
Theo giới chuyên gia, máy tính lượng tử nhìn bên ngoài có vẻ đơn giản, nhưng đang bắt đầu đóng vai kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ tối ưu hóa lộ trình của hàng nghìn tàu chở nhiên liệu đi khắp thế giới, ra quyết định bệnh nhân ICU nào cần được chăm sóc khẩn cấp, cho đến bắt chước quy trình hóa học ở cấp độ nguyên tử để thiết kế vật liệu mới. Ở lĩnh vực AI, máy tính lượng tử giúp huấn luyện thuật toán tốt hơn, có thể biến ôtô hay taxi bay không người lái thành hiện thực.
Các máy tính lượng tử trong tương lai có thể mở ra những biên giới chưa từng có trong toán học và khoa học, giúp giải quyết những thách thức hiện hữu như biến đổi khí hậu và an ninh lương thực. Một loạt các đột phá gần đây và những khoản đầu tư của chính phủ cho thấy chúng ta hiện đang dần tiến vào cuộc cách mạng lượng tử. Gambetta nói: “Tôi tin rằng chúng ta sẽ làm được nhiều hơn trong 5 năm tới về đổi mới lượng tử so với những gì chúng ta đã làm trong 30 năm qua".
Ứng dụng công nghiệp của lượng tử là vô tận. Bên trong trụ sở chính của BMW ở Munich có một bức tường khiến các nhà thiết kế xe mất ngủ nhiều đêm. Việc tạo ra một mẫu ô tô mới từ đầu mất ít nhất bốn năm. Đầu tiên, các nhà thiết kế sử dụng kiểu dáng có sự hỗ trợ của máy tính để phác thảo ngoại thất kết hợp vẻ đẹp và tính thực tế. Tiếp theo, một mô hình tỷ lệ được chạm khắc bằng đất sét và đặt trong đường hầm gió để đánh giá tính khí động học.
Sau vô số quyết định về nội thất, hiệu suất động cơ, v.v., bài kiểm tra cuối cùng sẽ đến: một nguyên mẫu được lái với tốc độ 55km/h vào bức tường đó để kiểm tra xem nó hoạt động như thế nào khi va chạm. Nếu chiếc xe không đáp ứng các tiêu chí an toàn khác nhau, mẫu xe này sẽ mãi chỉ là bản thiết kế trên giấy.
Đây là lúc mà công nghệ lượng tử có thể trợ giúp bằng cách dự đoán chính xác các vật liệu phức tạp có hình dạng khác nhau sẽ hoạt động như thế nào dưới tác động, va chạm.
Carsten Sapia, Phó chủ tịch chiến lược, quản trị và bảo mật CNTT của Tập đoàn BMW, đã hợp tác với công ty lượng tử Pasqal của Pháp, cho biết: “Các thử nghiệm va chạm mô phỏng có thể tiết kiệm tới sáu tháng cho toàn bộ quá trình. Điện toán lượng tử cũng sẽ giúp chúng tôi tìm ra sự tối ưu mới giữa thiết kế, không gian nội thất tối đa và tính khí động học tốt nhất”.
Đột phá luôn đi kèm những rủi ro
Tuy vậy, bất cứ những đột phá nào cũng thường đi kèm cùng rủi ro và công nghệ lượng tử đã trở thành một vấn đề nóng liên quan tới an ninh quốc gia. Khả năng giải quyết vấn đề của công nghệ lượng tử được đánh giá sẽ sớm khiến tất cả các loại tiền điện tử hiện có trở nên lỗi thời, gây nguy hiểm cho thông tin liên lạc, giao dịch tài chính và thậm chí cả phòng thủ quân sự.
Dan O'Shea, giám đốc điều hành của Inside Quantum Technology, một ấn phẩm công nghiệp, cho biết: “Mọi người mô tả lượng tử như một cuộc đua không gian mới. Vào tháng 10, Tổng thống Hoa Kỳ Joe Biden đã đi thăm trung tâm dữ liệu lượng tử của IBM ở Poughkeepsie, N.Y., gọi công nghệ lượng tử là “quan trọng đối với nền kinh tế và an ninh quốc gia của chúng ta”.
Trong kỷ nguyên cạnh tranh quyền lực mới này, Trung Quốc và Hoa Kỳ đặc biệt chú tâm tới công nghệ vì sợ rằng họ sẽ mất đi vị thế dẫn đầu. Tony Uttley, chủ tịch và COO của Quantinuum, một công ty có trụ sở tại Colorado chuyên cung cấp các ứng dụng lượng tử thương mại, cho biết: “Công nghệ này sẽ là cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo. Nó giống như sự khởi đầu của Internet, hay sự khởi đầu của điện toán cổ điển”.
Trong vài năm qua, lượng tử đã chuyển từ một chú thích cuối trang lên đầu chương trình nghị sự về an ninh toàn cầu. Đến nay, 17 quốc gia có chiến lược lượng tử và bốn quốc gia khác đang phát triển chúng. Theo Báo cáo điện toán lượng tử, Trung Quốc đã đầu tư khoảng 25 tỉ USD vào nghiên cứu lượng tử kể từ giữa những năm 1980. Nhà khoa học lượng tử hàng đầu, Pan Jianwei, đã dẫn đầu vụ phóng vệ tinh lượng tử đầu tiên trên thế giới vào năm 2016 và vào năm 2021 đã tiết lộ một máy tính lượng tử 56 qubit phá kỷ lục lúc vào thời điểm đó. Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Trung Quốc, được công bố vào tháng 3 năm 2021, đã ưu tiên chính sách làm chủ lượng tử. David Spirk, cựu giám đốc dữ liệu của Bộ Quốc phòng cho biết: “Ranh giới mờ nhạt giữa công nghiệp và an ninh quốc gia ở Trung Quốc mang lại cho họ lợi thế".
Dario Gil, Phó chủ tịch cấp cao kiêm giám đốc nghiên cứu của IBM, đánh giá máy tính lượng tử hiện chưa đủ mạnh để bẻ khóa, nhưng tương lai không như vậy. "Hacker có thể đã thu thập dữ liệu để dùng cho vài năm nữa. Mỗi ngày, nếu không chuyển sang giao thức an toàn hơn, nguy cơ bị xâm nhập hệ thống và tấn công sẽ xảy ra", ông dự đoán.
Đáp lại, Nhà Trắng vào tháng 5 đã công bố Bản ghi nhớ về An ninh Quốc gia yêu cầu tất cả các cơ quan liên bang chuyển sang bảo mật hậu lượng tử do “những rủi ro đáng kể đối với an ninh kinh tế và quốc gia”. Skip Sanzeri, người sáng lập và COO của QuSecure, một công ty an ninh mạng hậu lượng tử, cho biết: “Chúng tôi nhận ra rằng mặc dù lượng tử rất tuyệt vời đối với nhân loại, nhưng điều đầu tiên mọi người thực hiện sẽ là vũ khí hóa hệ thống này”.
Ông Spirk lo lắng rằng Hoa Kỳ có nguy cơ bị tụt lại phía sau và đang kêu gọi tập trung vào lượng tử “giống như Dự án Manhattan”. Trong số hơn 30 tỉ USD được chi trên toàn cầu cho lượng tử vào năm ngoái, theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, Trung Quốc chiếm khoảng một nửa và E.U chiếm gần một phần tư. Trong khi đó, Hoa Kỳ chỉ chi 1,2 tỉ USD - một con số mà ông Spirk gọi là "tầm thường" so với 1 nghìn tỉ USD trong tổng chi tiêu quốc phòng.
Hiện tất cả hệ thống an ninh mạng, từ tin nhắn WhatsApp, chuyển khoản ngân hàng đến chữ ký số đều dựa trên RSA, thuật toán mã hóa bất đối xứng được sử dụng để truyền dữ liệu một cách an toàn.
Với RSA, máy tính thông thường có thể cần tới hàng tỉ năm để bẻ khóa, nhưng máy tính lượng tử có thể chỉ mất vài giờ. Tháng 12/2022, một nhóm nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố đã phát triển một thuật toán lượng tử để phá vỡ RSA bằng máy tính 372 qubit. Dù chưa được bên thứ ba xác thực, kết quả nghiên cứu cũng tạo sự tranh luận sôi nổi lẫn những lo ngại khi các hệ thống mã hóa hiện tại đều bị máy tính lượng tử bẻ khóa dễ dàng.
Ông Dario Gil, Phó Chủ tịch cấp cao kiêm giám đốc nghiên cứu của IBM, đánh giá máy tính lượng tử hiện chưa đủ mạnh để bẻ khóa, nhưng tương lai không như vậy. "Hacker có thể đã thu thập dữ liệu để dùng cho vài năm nữa. Mỗi ngày, nếu không chuyển sang giao thức an toàn hơn, nguy cơ bị xâm nhập hệ thống và tấn công sẽ xảy ra", ông dự đoán.
Cuộc chiến ở Ukraine cũng là một hồi chuông cảnh tỉnh. Đây là cuộc xung đột đầu tiên trong lịch sử bắt đầu bằng các cuộc tấn công mạng, khi Nga nhắm vào các cơ sở hạ tầng và thông tin liên lạc quan trọng của Ukraine. Các dịch vụ công cộng, mạng lưới năng lượng, phương tiện truyền thông, ngân hàng, doanh nghiệp và các tổ chức phi lợi nhuận đã phải chịu một cuộc chiến chớp nhoáng trên mạng, ảnh hưởng đến việc phân phối thuốc men, thực phẩm và hàng cứu trợ. Chiến tranh hiện đại và các cơ chế an ninh quốc gia dựa trên tốc độ và sự chính xác của việc ra quyết định.
Vị cựu giám đốc của Bộ Quốc phòng Mỹ nói: “Nếu máy tính của bạn nhanh hơn máy tính của họ, bạn sẽ thắng, điều đó khá đơn giản. Lượng tử là bước nhảy vọt tiếp theo của công nghệ”.
Theo Time