Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Sự kiện mới đây trên thị trường chứng khoán năm 2024 đã gây xôn xao bởi những đột phá công nghệ. Cổ phiếu của Alphabet, công ty mẹ của Google, thường được các nhà đầu tư nước ngoài coi là "cổ phiếu nhàm chán". Nó không tăng hay giảm mạnh như cổ phiếu của Nvidia hay Tesla. Sự tăng giảm giá đều rất nhỏ giọt, vì vậy, cùng với Microsoft, nó được coi là tài sản an toàn, ít biến động. Tuy nhiên, một hiện tượng bất thường đã xảy ra vào ngày 10 tháng 12 (giờ địa phương) khi cổ phiếu Alphabet tăng tới 5% chỉ trong một ngày. Nguyên nhân được cho là kết quả nghiên cứu mà Google công bố ngày hôm trước.
Google đã công bố con chip lượng tử mới nhất Willow. Hartmut Neven, người sáng lập của Google Quantum AI, công ty nghiên cứu điện toán lượng tử của Google, đã công bố vào ngày 9 tháng 12 những thành tựu mà Willow đạt được. Ông cho biết Willow đã giải quyết một bài toán mà siêu máy tính nhanh nhất hiện nay cần 10^24 năm (một "tỷ năm", tức 10 mũ 24, một khoảng thời gian dài hơn cả tuổi của vũ trụ) chỉ trong 5 phút. Google cũng tuyên bố rằng họ đã giảm đáng kể vấn đề lỗi, một thách thức lớn nhất của máy tính lượng tử.
Trước đây, trí tuệ nhân tạo được coi là chìa khóa quyền lực, giờ đây, điện toán lượng tử (sử dụng nguyên lý lượng tử để tạo ra thuật toán, xây dựng máy tính lượng tử hoặc ứng dụng vào các ngành công nghiệp mới) cũng được coi là chìa khóa quyền lực đó. Nhưng đây không chỉ là sự cường điệu thường thấy trên thị trường chứng khoán. Năm 2025 được Liên Hợp Quốc tuyên bố là "Năm khoa học và công nghệ lượng tử thế giới", nhân kỷ niệm 100 năm ngày ra đời của cơ học lượng tử. Chương trình "Điện toán lượng tử" đã được thêm vào lần đầu tiên tại CES 2025, triển lãm công nghệ lớn nhất thế giới diễn ra tại Las Vegas từ ngày 7 tháng 1 năm 2025. Hơn nữa, sinh viên đại học hiện nay bắt đầu học về lượng tử. Tại Hàn Quốc, năm 2025 cũng đánh dấu sự ra đời của những sinh viên đại học đầu tiên chuyên ngành lượng tử tại khoa Kỹ thuật thông tin lượng tử của Đại học Sungkyunkwan.
Năm 2024 được ghi nhớ là năm mà tiền đổ vào cổ phiếu AI như Nvidia. Tuy nhiên, những cổ phiếu tăng trưởng tốt nhất lại tập trung vào lĩnh vực máy tính lượng tử. Trong năm 2024, những cổ phiếu có liên quan đến "điện toán lượng tử" đã tăng vọt. Tính đến ngày 24 tháng 12, trong vòng 6 tháng qua, Quantum Computing tăng 2613%, D-Wave Quantum tăng 629%, Rigetti Computing tăng 1161% và IonQ tăng 576%. Ngành công nghiệp còn non trẻ này vẫn chưa có mô hình chuẩn, chuỗi cung ứng hay mô hình kinh doanh ổn định. Tuy nhiên, cả chính phủ và tư nhân đều đang đầu tư mạnh vào nó, và các nhà đầu tư nước ngoài cũng không ngoại lệ.
Những định luật vật lý mà chúng ta trải nghiệm hàng ngày hoạt động khác đi ở thế giới vi mô. Cơ học lượng tử là vật lý áp dụng cho thế giới vi mô cực nhỏ của các electron, neutron và quark, dựa trên lý thuyết về các lượng tử năng lượng nhỏ. Trong thế giới vi mô này, mặt sấp của đồng xu có thể là mặt ngửa, và đèn có thể được bật nhưng lại ở trạng thái tắt. Nhiều trạng thái có thể tồn tại cùng một lúc.
Hai khái niệm then chốt trong cơ học lượng tử là "tính chồng chập" và "sự vướng víu lượng tử". Tính chồng chập có nghĩa là nhiều trạng thái có thể tồn tại đồng thời. Ví dụ như đồng xu vừa là mặt sấp vừa là mặt ngửa. Sự vướng víu lượng tử mô tả sự tương tác giữa hai hoặc nhiều lượng tử. Các lượng tử bị vướng víu luôn có trạng thái liên kết với nhau, ngay cả khi chúng ở rất xa nhau. Vì vậy, khi trạng thái của một lượng tử thay đổi, trạng thái của lượng tử khác cũng thay đổi ngay lập tức, bất kể khoảng cách.
Máy tính lượng tử xử lý thông tin dựa trên các nguyên lý cơ học lượng tử này. Giáo sư Kim Gap-jin của KAIST là một nhà khoa học hàng đầu giải thích nguyên lý của máy tính lượng tử cho công chúng. Gần đây, ông đã trình bày tại Diễn đàn Khoa học Dae Seong Hae Kang về cách hiểu máy tính lượng tử. Ông giải thích: "Máy tính lượng tử cũng giống như máy tính thông thường, chỉ khác là nó sử dụng tính chồng chập. Nó sử dụng việc 0 và 1 có thể được sử dụng đồng thời".
Máy tính mà chúng ta thường dùng hoạt động theo hệ nhị phân, sử dụng các bit (Bit) chỉ gồm hai trạng thái 0 và 1 để tính toán. Nó tính toán tất cả bốn trường hợp: 0-0, 0-1, 1-0 và 1-1, rồi đưa ra câu trả lời. Ngược lại, tính chồng chập được sử dụng trong cơ học lượng tử tận dụng việc "có thể là 0, có thể là 1", cho phép thực hiện tính toán cho bốn trường hợp này cùng một lúc. Đơn vị này, "có thể là 0, có thể là 1", được gọi là "qubit (Qubit)".
Ví dụ về định vị có thể giúp hiểu rõ hơn. Hãy tìm kiếm tuyến đường tốt nhất từ Seoul đến Busan. Máy tính cổ điển sẽ hiển thị nhiều tuyến đường khác nhau, chẳng hạn như "tuyến đường đề xuất là 5 giờ, thời gian ngắn nhất là 4 giờ 30 phút, đường miễn phí là 7 giờ 30 phút". Máy tính lượng tử sẽ hiển thị như thế nào? Nó sẽ nhanh chóng hiển thị chỉ một tuyến đường tối ưu nhất trong số các kết quả đã tính toán, thay vì nhiều tuyến đường khác nhau. Điều này không phải vì tính toán nhanh hơn, mà là do giảm số lần tính toán bằng cách sử dụng hiện tượng chồng chập.
Siêu máy tính hiện nay được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều máy tính có khả năng tính toán mạnh. Ví dụ, có một bài toán mất 1 phút để một máy tính giải. Nếu sử dụng 1 máy tính để giải 1000 bài toán, sẽ mất 1000 phút, nhưng nếu sử dụng 100 máy tính song song, chỉ mất 10 phút. Siêu máy tính hoạt động theo cách này. Ngược lại, máy tính lượng tử có thể giải 1000 bài toán cùng một lúc chỉ với một máy tính. Thời gian thực hiện một lần tính toán là rất quan trọng. Nếu thời gian này quá lâu, thì máy tính lượng tử không thể nói là có hiệu suất cao hơn siêu máy tính.
Một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của máy tính lượng tử là số lượng qubit. Số lượng qubit chồng chập càng nhiều, thì số lượng thông tin có thể tính toán càng lớn. Thông thường, mỗi qubit được thêm vào sẽ tăng gấp đôi dung lượng tính toán. Willow của Google có 105 qubit, cho thấy quy mô máy tính lượng tử đã được mở rộng so với các thế hệ trước. Vấn đề là sự ổn định của qubit. Qubit rất nhạy cảm với môi trường bên ngoài như nhiệt độ, sóng vô tuyến và từ trường, dễ dẫn đến lỗi. Giới khoa học gọi là "chỉ cần một hạt bụi cũng có thể gây ra lỗi". Vì vậy, việc tăng số lượng qubit không dễ dàng, nhưng Willow dường như đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này.
Hiện nay, các công ty công nghệ lớn đang tập trung vào việc sử dụng siêu dẫn để điều khiển qubit. Siêu dẫn có đặc tính điện trở bằng 0 ở nhiệt độ cực thấp. Sử dụng đặc tính này để tạo ra qubit, đơn vị cơ bản của máy tính lượng tử, có thể giúp duy trì trạng thái ổn định. Tuy nhiên, điều kiện này rất khắt khe. Phải tạo ra môi trường chân không ở nhiệt độ cực thấp -273 độ C. Chip lượng tử nhỏ hơn cả chip trong điện thoại thông minh, nhưng hệ thống làm mát khổng lồ cần thiết để tạo ra điều kiện này khiến người ta liên tưởng đến những chiếc đèn chùm.
Khi Google công bố Willow, và khả năng thương mại hóa được đánh giá cao, thị trường tiền điện tử đã phản ứng mạnh mẽ. Việc công nghệ bảo mật hiện tại có thể bị vô hiệu hóa đã được nhấn mạnh. Giá Bitcoin đã giảm khoảng 10% vào ngày Willow được công bố. Giáo sư Kang Jang-muk, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Thông tin Quốc tế, Đại học Dongguk, giải thích: "Khi máy tính lượng tử được thương mại hóa, hệ thống bảo mật hiện tại sẽ bị phá hủy, vì vậy ngay cả những người làm trong lĩnh vực này như tôi cũng phải quan tâm".
Hầu hết các hệ thống mã hóa hiện có, bao gồm cả tiền điện tử, đều sử dụng phương pháp RSA. Mã hóa RSA dựa trên việc rất khó để phân tích thừa số nguyên tố của một số rất lớn. Ví dụ, có 20 thẻ ghi số nguyên tố, và cần chọn hai thẻ để nhân lại với nhau cho ra kết quả là 30. Nếu hai thẻ này là mật mã, thì máy tính cổ điển phải lật từng thẻ và nhân lại để tìm ra sự kết hợp tạo thành 30. Nếu số đó không phải là 30 mà lớn hơn nhiều, thì sẽ cần nhiều thời gian và công sức hơn. Nghiên cứu cho thấy, để phân tích thừa số nguyên tố của một số có 129 chữ số (RSA-129), máy tính cổ điển cần kết nối 1600 máy tính và mất khoảng 8 tháng. Tuy nhiên, máy tính lượng tử sử dụng tính chồng chập, do đó có thể lật tất cả các thẻ cùng một lúc thay vì lật từng thẻ một, và có thể giải mã và tìm ra đáp án nhanh hơn nhiều.
Việc giải mã mật mã gợi đến ngay khả năng quân sự. Có thể xảy ra tình huống tồi tệ nhất là thông tin mật bị rò rỉ và hệ thống vũ khí bị tấn công. Vì vậy, cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Trung Quốc trong bối cảnh tranh chấp địa chính trị cũng diễn ra trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Mỹ là nước đi đầu trong công nghệ điện toán lượng tử. Theo số liệu của Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin Hàn Quốc công bố vào tháng 6 năm 2024, nếu đánh giá công nghệ điện toán lượng tử của Mỹ là 100 điểm, thì Trung Quốc đứng thứ hai với 35 điểm. Đức đứng thứ ba với 28,6 điểm, Nhật Bản đứng thứ tư với 24,5 điểm. Hàn Quốc chỉ đạt 2,3 điểm. Chính phủ Mỹ đang tiến hành tái phê duyệt "Sáng kiến lượng tử quốc gia (NQI)" được đưa ra năm 2018, với nội dung đầu tư 3 tỷ USD (khoảng 4.3776 nghìn tỷ won) vào nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực lượng tử. Trung Quốc sở hữu phòng thí nghiệm lượng tử lớn nhất thế giới và đã tự phát triển máy tính lượng tử 72 qubit trong năm nay. Họ đã đầu tư khoảng 100 tỷ NDT (khoảng 20 nghìn tỷ won) vào phát triển công nghệ điện toán lượng tử từ năm 2018. Nhật Bản cũng đặt mục tiêu thương mại hóa vào năm 2030 và đã tự phát triển máy tính lượng tử 64 qubit vào năm 2023.
Việc các công ty công nghệ lớn toàn cầu nghiên cứu máy tính lượng tử trong nhiều năm nay là vì nhiều lý do. Một trong những lý do quan trọng là việc tìm kiếm giải pháp thay thế cho AI hiện tại trong AI lượng tử. AI lượng tử kết hợp máy tính lượng tử và AI. Điều này cũng dựa trên kỳ vọng về khả năng tính toán của máy tính lượng tử. Ví dụ, việc huấn luyện mạng lưới thần kinh nhân tạo là một quá trình xử lý lượng lớn dữ liệu và thực hiện các phép tính phức tạp lặp đi lặp lại. Máy tính lượng tử có thể thực hiện các phép tính này song song, do đó có thể rút ngắn đáng kể thời gian huấn luyện.
Cũng có những vấn đề thực tế. Đầu tiên là giới hạn vật lý của chất bán dẫn. Một quan chức của một công ty chất bán dẫn trong nước cho biết: "Để cải thiện hiệu suất, cần phải đặt nhiều chất bán dẫn hơn vào máy tính, nhưng việc tìm ra 'dao' để cắt nhỏ chất bán dẫn hơn nữa đang ngày càng khó khăn". Việc thiếu điện năng do chất bán dẫn tích hợp cũng là một vấn đề. Elon Musk, Giám đốc điều hành của Tesla, từng nói rằng "rào cản đối với sự phát triển của AI là nguồn cung cấp biến áp và điện năng". Siêu máy tính mạnh nhất hiện nay tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Mỹ tiêu thụ điện năng tương đương với nhu cầu điện năng của 30.000 hộ gia đình ở Mỹ. Ngược lại, máy tính lượng tử có thể đạt được cùng một khả năng tính toán với lượng năng lượng ít hơn tới 1000 lần.
Lợi ích kinh tế khi nắm bắt được việc thương mại hóa máy tính lượng tử cũng rất hấp dẫn. Nó có thể thể hiện khả năng mạnh mẽ hơn trong các lĩnh vực đòi hỏi mô phỏng chính xác lặp đi lặp lại. Sản xuất thuốc là một ví dụ điển hình. Ông Lee Yong-ho, Giám đốc Trung tâm Máy tính lượng tử siêu dẫn của Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc, người đã trình bày tại "Diễn đàn tổng hợp về Dự án phát triển thung lũng QX quy mô lớn về điện toán lượng tử" vào ngày 6 tháng 12, nói rằng "Sau 10 năm nữa, Google sẽ trở thành một công ty dược phẩm". Ông Lee cho rằng hoạt động kinh doanh của các công ty công nghệ lớn có thể chuyển sang các lĩnh vực khác.
Hãy xem xét Google. Hai hoạt động nổi bật của Google trong năm 2024 là việc các nhà nghiên cứu của Google DeepMind, những người đã phát triển mô hình AI dự đoán cấu trúc protein AlphaFold2, giành giải Nobel Hóa học, và sự ra đời của máy tính lượng tử Willow. Kết hợp hai điều này lại, cấu trúc protein là yếu tố quan trọng quyết định sự tương tác với thuốc, và AlphaFold2 là một công cụ mạnh mẽ trong việc tìm kiếm các chất ứng cử viên cho thuốc mới. Máy tính lượng tử cho phép thực hiện các mô phỏng phân tử phức tạp mà máy tính thông thường khó giải quyết. Sự kết hợp của hai điều này cho phép dự đoán chính xác hơn về hiệu quả và độ an toàn của các chất ứng cử viên cho thuốc mới và phát triển các loại thuốc có cơ chế hoạt động mới. Điều này có thể làm giảm đáng kể những khó khăn trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển thuốc, khi phải trải qua nhiều lần thử nghiệm thành công và thất bại. Đây chính là lý do tại sao "việc phát triển thuốc của các công ty công nghệ thông tin" là khả thi.
Trong những lĩnh vực cần dự đoán chính xác thông qua mô phỏng, chẳng hạn như phát triển thuốc, việc thương mại hóa máy tính lượng tử sẽ mang lại những đột phá. Ví dụ như tài chính, nơi cần dự đoán biến động thị trường và tối ưu hóa danh mục đầu tư; phát triển vật liệu mới, nơi cần chạy mô phỏng nhiều lần; ngành logistics, nơi cần rút ngắn thời gian vận chuyển và giảm chi phí; và ngành khí hậu, nơi cần dự đoán hệ thống khí hậu phức tạp để đưa ra các biện pháp ứng phó.
Hàn Quốc cũng đang nỗ lực trong lĩnh vực lượng tử. Chính phủ đã tuyên bố năm 2023 là năm đầu tiên của quốc gia về khoa học và công nghệ lượng tử và đang hỗ trợ phát triển công nghệ. Tuy nhiên, theo "Sách trắng về công nghệ thông tin lượng tử năm 2023 (bản sửa đổi)" do Viện Hàn Quốc thúc đẩy xã hội thông tin thông minh (NIA) cùng với Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin và Diễn đàn hợp nhất lượng tử tương lai xuất bản, ngân sách liên quan năm 2023 chỉ đạt 953 tỷ won. Số lượng nhân lực cốt cán cũng đang thiếu hụt. Tổng số nhân lực cốt cán (người có bằng tiến sĩ) về công nghệ lượng tử trong nước chỉ đạt khoảng 403 người. Vào ngày 23 tháng 12, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin, Yoo Sang-im, cho biết: "Chúng ta có ít nhân lực chuyên gia về lượng tử hơn so với các quốc gia đối thủ, và hệ sinh thái liên quan đến lượng tử cũng chưa được thiết lập đầy đủ, vì vậy chúng ta cần tập trung hơn vào việc thu hút và đào tạo nhân tài". Tuy nhiên, Ủy ban chiến lược lượng tử, cơ quan ra quyết định tối cao về chính sách khoa học và công nghệ lượng tử, vẫn chưa thể bắt đầu hoạt động do tình hình chính trị bất ổn.
Google đã công bố con chip lượng tử mới nhất Willow. Hartmut Neven, người sáng lập của Google Quantum AI, công ty nghiên cứu điện toán lượng tử của Google, đã công bố vào ngày 9 tháng 12 những thành tựu mà Willow đạt được. Ông cho biết Willow đã giải quyết một bài toán mà siêu máy tính nhanh nhất hiện nay cần 10^24 năm (một "tỷ năm", tức 10 mũ 24, một khoảng thời gian dài hơn cả tuổi của vũ trụ) chỉ trong 5 phút. Google cũng tuyên bố rằng họ đã giảm đáng kể vấn đề lỗi, một thách thức lớn nhất của máy tính lượng tử.
Trước đây, trí tuệ nhân tạo được coi là chìa khóa quyền lực, giờ đây, điện toán lượng tử (sử dụng nguyên lý lượng tử để tạo ra thuật toán, xây dựng máy tính lượng tử hoặc ứng dụng vào các ngành công nghiệp mới) cũng được coi là chìa khóa quyền lực đó. Nhưng đây không chỉ là sự cường điệu thường thấy trên thị trường chứng khoán. Năm 2025 được Liên Hợp Quốc tuyên bố là "Năm khoa học và công nghệ lượng tử thế giới", nhân kỷ niệm 100 năm ngày ra đời của cơ học lượng tử. Chương trình "Điện toán lượng tử" đã được thêm vào lần đầu tiên tại CES 2025, triển lãm công nghệ lớn nhất thế giới diễn ra tại Las Vegas từ ngày 7 tháng 1 năm 2025. Hơn nữa, sinh viên đại học hiện nay bắt đầu học về lượng tử. Tại Hàn Quốc, năm 2025 cũng đánh dấu sự ra đời của những sinh viên đại học đầu tiên chuyên ngành lượng tử tại khoa Kỹ thuật thông tin lượng tử của Đại học Sungkyunkwan.
Năm 2024 được ghi nhớ là năm mà tiền đổ vào cổ phiếu AI như Nvidia. Tuy nhiên, những cổ phiếu tăng trưởng tốt nhất lại tập trung vào lĩnh vực máy tính lượng tử. Trong năm 2024, những cổ phiếu có liên quan đến "điện toán lượng tử" đã tăng vọt. Tính đến ngày 24 tháng 12, trong vòng 6 tháng qua, Quantum Computing tăng 2613%, D-Wave Quantum tăng 629%, Rigetti Computing tăng 1161% và IonQ tăng 576%. Ngành công nghiệp còn non trẻ này vẫn chưa có mô hình chuẩn, chuỗi cung ứng hay mô hình kinh doanh ổn định. Tuy nhiên, cả chính phủ và tư nhân đều đang đầu tư mạnh vào nó, và các nhà đầu tư nước ngoài cũng không ngoại lệ.
Những định luật vật lý mà chúng ta trải nghiệm hàng ngày hoạt động khác đi ở thế giới vi mô. Cơ học lượng tử là vật lý áp dụng cho thế giới vi mô cực nhỏ của các electron, neutron và quark, dựa trên lý thuyết về các lượng tử năng lượng nhỏ. Trong thế giới vi mô này, mặt sấp của đồng xu có thể là mặt ngửa, và đèn có thể được bật nhưng lại ở trạng thái tắt. Nhiều trạng thái có thể tồn tại cùng một lúc.
Hai khái niệm then chốt trong cơ học lượng tử là "tính chồng chập" và "sự vướng víu lượng tử". Tính chồng chập có nghĩa là nhiều trạng thái có thể tồn tại đồng thời. Ví dụ như đồng xu vừa là mặt sấp vừa là mặt ngửa. Sự vướng víu lượng tử mô tả sự tương tác giữa hai hoặc nhiều lượng tử. Các lượng tử bị vướng víu luôn có trạng thái liên kết với nhau, ngay cả khi chúng ở rất xa nhau. Vì vậy, khi trạng thái của một lượng tử thay đổi, trạng thái của lượng tử khác cũng thay đổi ngay lập tức, bất kể khoảng cách.
Máy tính lượng tử xử lý thông tin dựa trên các nguyên lý cơ học lượng tử này. Giáo sư Kim Gap-jin của KAIST là một nhà khoa học hàng đầu giải thích nguyên lý của máy tính lượng tử cho công chúng. Gần đây, ông đã trình bày tại Diễn đàn Khoa học Dae Seong Hae Kang về cách hiểu máy tính lượng tử. Ông giải thích: "Máy tính lượng tử cũng giống như máy tính thông thường, chỉ khác là nó sử dụng tính chồng chập. Nó sử dụng việc 0 và 1 có thể được sử dụng đồng thời".
Máy tính mà chúng ta thường dùng hoạt động theo hệ nhị phân, sử dụng các bit (Bit) chỉ gồm hai trạng thái 0 và 1 để tính toán. Nó tính toán tất cả bốn trường hợp: 0-0, 0-1, 1-0 và 1-1, rồi đưa ra câu trả lời. Ngược lại, tính chồng chập được sử dụng trong cơ học lượng tử tận dụng việc "có thể là 0, có thể là 1", cho phép thực hiện tính toán cho bốn trường hợp này cùng một lúc. Đơn vị này, "có thể là 0, có thể là 1", được gọi là "qubit (Qubit)".
Ví dụ về định vị có thể giúp hiểu rõ hơn. Hãy tìm kiếm tuyến đường tốt nhất từ Seoul đến Busan. Máy tính cổ điển sẽ hiển thị nhiều tuyến đường khác nhau, chẳng hạn như "tuyến đường đề xuất là 5 giờ, thời gian ngắn nhất là 4 giờ 30 phút, đường miễn phí là 7 giờ 30 phút". Máy tính lượng tử sẽ hiển thị như thế nào? Nó sẽ nhanh chóng hiển thị chỉ một tuyến đường tối ưu nhất trong số các kết quả đã tính toán, thay vì nhiều tuyến đường khác nhau. Điều này không phải vì tính toán nhanh hơn, mà là do giảm số lần tính toán bằng cách sử dụng hiện tượng chồng chập.
Siêu máy tính hiện nay được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều máy tính có khả năng tính toán mạnh. Ví dụ, có một bài toán mất 1 phút để một máy tính giải. Nếu sử dụng 1 máy tính để giải 1000 bài toán, sẽ mất 1000 phút, nhưng nếu sử dụng 100 máy tính song song, chỉ mất 10 phút. Siêu máy tính hoạt động theo cách này. Ngược lại, máy tính lượng tử có thể giải 1000 bài toán cùng một lúc chỉ với một máy tính. Thời gian thực hiện một lần tính toán là rất quan trọng. Nếu thời gian này quá lâu, thì máy tính lượng tử không thể nói là có hiệu suất cao hơn siêu máy tính.
Một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của máy tính lượng tử là số lượng qubit. Số lượng qubit chồng chập càng nhiều, thì số lượng thông tin có thể tính toán càng lớn. Thông thường, mỗi qubit được thêm vào sẽ tăng gấp đôi dung lượng tính toán. Willow của Google có 105 qubit, cho thấy quy mô máy tính lượng tử đã được mở rộng so với các thế hệ trước. Vấn đề là sự ổn định của qubit. Qubit rất nhạy cảm với môi trường bên ngoài như nhiệt độ, sóng vô tuyến và từ trường, dễ dẫn đến lỗi. Giới khoa học gọi là "chỉ cần một hạt bụi cũng có thể gây ra lỗi". Vì vậy, việc tăng số lượng qubit không dễ dàng, nhưng Willow dường như đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này.
Hiện nay, các công ty công nghệ lớn đang tập trung vào việc sử dụng siêu dẫn để điều khiển qubit. Siêu dẫn có đặc tính điện trở bằng 0 ở nhiệt độ cực thấp. Sử dụng đặc tính này để tạo ra qubit, đơn vị cơ bản của máy tính lượng tử, có thể giúp duy trì trạng thái ổn định. Tuy nhiên, điều kiện này rất khắt khe. Phải tạo ra môi trường chân không ở nhiệt độ cực thấp -273 độ C. Chip lượng tử nhỏ hơn cả chip trong điện thoại thông minh, nhưng hệ thống làm mát khổng lồ cần thiết để tạo ra điều kiện này khiến người ta liên tưởng đến những chiếc đèn chùm.
Khi Google công bố Willow, và khả năng thương mại hóa được đánh giá cao, thị trường tiền điện tử đã phản ứng mạnh mẽ. Việc công nghệ bảo mật hiện tại có thể bị vô hiệu hóa đã được nhấn mạnh. Giá Bitcoin đã giảm khoảng 10% vào ngày Willow được công bố. Giáo sư Kang Jang-muk, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Thông tin Quốc tế, Đại học Dongguk, giải thích: "Khi máy tính lượng tử được thương mại hóa, hệ thống bảo mật hiện tại sẽ bị phá hủy, vì vậy ngay cả những người làm trong lĩnh vực này như tôi cũng phải quan tâm".
Hầu hết các hệ thống mã hóa hiện có, bao gồm cả tiền điện tử, đều sử dụng phương pháp RSA. Mã hóa RSA dựa trên việc rất khó để phân tích thừa số nguyên tố của một số rất lớn. Ví dụ, có 20 thẻ ghi số nguyên tố, và cần chọn hai thẻ để nhân lại với nhau cho ra kết quả là 30. Nếu hai thẻ này là mật mã, thì máy tính cổ điển phải lật từng thẻ và nhân lại để tìm ra sự kết hợp tạo thành 30. Nếu số đó không phải là 30 mà lớn hơn nhiều, thì sẽ cần nhiều thời gian và công sức hơn. Nghiên cứu cho thấy, để phân tích thừa số nguyên tố của một số có 129 chữ số (RSA-129), máy tính cổ điển cần kết nối 1600 máy tính và mất khoảng 8 tháng. Tuy nhiên, máy tính lượng tử sử dụng tính chồng chập, do đó có thể lật tất cả các thẻ cùng một lúc thay vì lật từng thẻ một, và có thể giải mã và tìm ra đáp án nhanh hơn nhiều.
Việc giải mã mật mã gợi đến ngay khả năng quân sự. Có thể xảy ra tình huống tồi tệ nhất là thông tin mật bị rò rỉ và hệ thống vũ khí bị tấn công. Vì vậy, cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Trung Quốc trong bối cảnh tranh chấp địa chính trị cũng diễn ra trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Mỹ là nước đi đầu trong công nghệ điện toán lượng tử. Theo số liệu của Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin Hàn Quốc công bố vào tháng 6 năm 2024, nếu đánh giá công nghệ điện toán lượng tử của Mỹ là 100 điểm, thì Trung Quốc đứng thứ hai với 35 điểm. Đức đứng thứ ba với 28,6 điểm, Nhật Bản đứng thứ tư với 24,5 điểm. Hàn Quốc chỉ đạt 2,3 điểm. Chính phủ Mỹ đang tiến hành tái phê duyệt "Sáng kiến lượng tử quốc gia (NQI)" được đưa ra năm 2018, với nội dung đầu tư 3 tỷ USD (khoảng 4.3776 nghìn tỷ won) vào nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực lượng tử. Trung Quốc sở hữu phòng thí nghiệm lượng tử lớn nhất thế giới và đã tự phát triển máy tính lượng tử 72 qubit trong năm nay. Họ đã đầu tư khoảng 100 tỷ NDT (khoảng 20 nghìn tỷ won) vào phát triển công nghệ điện toán lượng tử từ năm 2018. Nhật Bản cũng đặt mục tiêu thương mại hóa vào năm 2030 và đã tự phát triển máy tính lượng tử 64 qubit vào năm 2023.
Việc các công ty công nghệ lớn toàn cầu nghiên cứu máy tính lượng tử trong nhiều năm nay là vì nhiều lý do. Một trong những lý do quan trọng là việc tìm kiếm giải pháp thay thế cho AI hiện tại trong AI lượng tử. AI lượng tử kết hợp máy tính lượng tử và AI. Điều này cũng dựa trên kỳ vọng về khả năng tính toán của máy tính lượng tử. Ví dụ, việc huấn luyện mạng lưới thần kinh nhân tạo là một quá trình xử lý lượng lớn dữ liệu và thực hiện các phép tính phức tạp lặp đi lặp lại. Máy tính lượng tử có thể thực hiện các phép tính này song song, do đó có thể rút ngắn đáng kể thời gian huấn luyện.
Cũng có những vấn đề thực tế. Đầu tiên là giới hạn vật lý của chất bán dẫn. Một quan chức của một công ty chất bán dẫn trong nước cho biết: "Để cải thiện hiệu suất, cần phải đặt nhiều chất bán dẫn hơn vào máy tính, nhưng việc tìm ra 'dao' để cắt nhỏ chất bán dẫn hơn nữa đang ngày càng khó khăn". Việc thiếu điện năng do chất bán dẫn tích hợp cũng là một vấn đề. Elon Musk, Giám đốc điều hành của Tesla, từng nói rằng "rào cản đối với sự phát triển của AI là nguồn cung cấp biến áp và điện năng". Siêu máy tính mạnh nhất hiện nay tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Mỹ tiêu thụ điện năng tương đương với nhu cầu điện năng của 30.000 hộ gia đình ở Mỹ. Ngược lại, máy tính lượng tử có thể đạt được cùng một khả năng tính toán với lượng năng lượng ít hơn tới 1000 lần.
Lợi ích kinh tế khi nắm bắt được việc thương mại hóa máy tính lượng tử cũng rất hấp dẫn. Nó có thể thể hiện khả năng mạnh mẽ hơn trong các lĩnh vực đòi hỏi mô phỏng chính xác lặp đi lặp lại. Sản xuất thuốc là một ví dụ điển hình. Ông Lee Yong-ho, Giám đốc Trung tâm Máy tính lượng tử siêu dẫn của Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc, người đã trình bày tại "Diễn đàn tổng hợp về Dự án phát triển thung lũng QX quy mô lớn về điện toán lượng tử" vào ngày 6 tháng 12, nói rằng "Sau 10 năm nữa, Google sẽ trở thành một công ty dược phẩm". Ông Lee cho rằng hoạt động kinh doanh của các công ty công nghệ lớn có thể chuyển sang các lĩnh vực khác.
Hãy xem xét Google. Hai hoạt động nổi bật của Google trong năm 2024 là việc các nhà nghiên cứu của Google DeepMind, những người đã phát triển mô hình AI dự đoán cấu trúc protein AlphaFold2, giành giải Nobel Hóa học, và sự ra đời của máy tính lượng tử Willow. Kết hợp hai điều này lại, cấu trúc protein là yếu tố quan trọng quyết định sự tương tác với thuốc, và AlphaFold2 là một công cụ mạnh mẽ trong việc tìm kiếm các chất ứng cử viên cho thuốc mới. Máy tính lượng tử cho phép thực hiện các mô phỏng phân tử phức tạp mà máy tính thông thường khó giải quyết. Sự kết hợp của hai điều này cho phép dự đoán chính xác hơn về hiệu quả và độ an toàn của các chất ứng cử viên cho thuốc mới và phát triển các loại thuốc có cơ chế hoạt động mới. Điều này có thể làm giảm đáng kể những khó khăn trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển thuốc, khi phải trải qua nhiều lần thử nghiệm thành công và thất bại. Đây chính là lý do tại sao "việc phát triển thuốc của các công ty công nghệ thông tin" là khả thi.
Trong những lĩnh vực cần dự đoán chính xác thông qua mô phỏng, chẳng hạn như phát triển thuốc, việc thương mại hóa máy tính lượng tử sẽ mang lại những đột phá. Ví dụ như tài chính, nơi cần dự đoán biến động thị trường và tối ưu hóa danh mục đầu tư; phát triển vật liệu mới, nơi cần chạy mô phỏng nhiều lần; ngành logistics, nơi cần rút ngắn thời gian vận chuyển và giảm chi phí; và ngành khí hậu, nơi cần dự đoán hệ thống khí hậu phức tạp để đưa ra các biện pháp ứng phó.
Hàn Quốc cũng đang nỗ lực trong lĩnh vực lượng tử. Chính phủ đã tuyên bố năm 2023 là năm đầu tiên của quốc gia về khoa học và công nghệ lượng tử và đang hỗ trợ phát triển công nghệ. Tuy nhiên, theo "Sách trắng về công nghệ thông tin lượng tử năm 2023 (bản sửa đổi)" do Viện Hàn Quốc thúc đẩy xã hội thông tin thông minh (NIA) cùng với Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin và Diễn đàn hợp nhất lượng tử tương lai xuất bản, ngân sách liên quan năm 2023 chỉ đạt 953 tỷ won. Số lượng nhân lực cốt cán cũng đang thiếu hụt. Tổng số nhân lực cốt cán (người có bằng tiến sĩ) về công nghệ lượng tử trong nước chỉ đạt khoảng 403 người. Vào ngày 23 tháng 12, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin, Yoo Sang-im, cho biết: "Chúng ta có ít nhân lực chuyên gia về lượng tử hơn so với các quốc gia đối thủ, và hệ sinh thái liên quan đến lượng tử cũng chưa được thiết lập đầy đủ, vì vậy chúng ta cần tập trung hơn vào việc thu hút và đào tạo nhân tài". Tuy nhiên, Ủy ban chiến lược lượng tử, cơ quan ra quyết định tối cao về chính sách khoa học và công nghệ lượng tử, vẫn chưa thể bắt đầu hoạt động do tình hình chính trị bất ổn.
