Ngành công nghiệp lượng tử sẽ thống trị tương lai với sự ra đời của mạng thông tin liên lạc lượng tử có khả năng bảo mật gần như tuyệt đối, các cảm biến lượng tử với độ nhạy và chính xác siêu cao, các siêu máy tính lượng tử… Công nghệ lượng tử cũng sẽ nắm giữ chìa khóa của internet vạn vật (IoT) hay trí tuệ nhân tạo (AI)… Đó không phải là một tương lai xa xôi mà chúng đang hiện hữu trước mặt. Những ứng dụng thương mại đầu tiên đã bắt đầu và các ông lớn công nghệ đang dấn thân vào cuộc đua chiếm lĩnh mặt trận công nghệ mới này.
KH&CNKH&CN nướcnướcngồi ngồi Cơng nghệ lượng tử: Cơng nghệ tương lai Đức Minh Đại học Quốc gia Hà Nội Ngành công nghiệp lượng tử thống trị tương lai với đời mạng thông tin liên lạc lượng tử có khả bảo mật gần tuyệt đối, cảm biến lượng tử với độ nhạy xác siêu cao, siêu máy tính lượng tử… Cơng nghệ lượng tử nắm giữ chìa khóa internet vạn vật (IoT) hay trí tuệ nhân tạo (AI)… Đó khơng phải tương lai xa xơi mà chúng hữu trước mặt Những ứng dụng thương mại bắt đầu ông lớn công nghệ dấn thân vào đua chiếm lĩnh mặt trận công nghệ Từ “vướng víu” ma thuật… Cách nửa kỷ, nhà vật lý John Stewart Bell gửi đăng báo ngắn ngủi mang hướng viễn tưởng tạp chí khơng tên tuổi Physics Physique Fizika Bài báo ông đưa khẳng định quan trọng về “vướng víu” lượng tử, đặc trưng hấp dẫn thuyết lượng tử Tờ tạp chí bị đình vài năm sau đó, báo J.S Bell thu hút ý giới sau Giờ đây, báo trích dẫn nhiều thời đại Cũng từ đó, mở kỷ ngun cơng nghệ mà dường có phim viễn tưởng, chẳng hạn như: viễn tải lượng tử, máy tính lượng tử… Trước đây, thân Albert Einstein không tin vào vướng víu lượng tử, chí mỉa mai tính chất kỳ lạ Năm 1935, nhà vật lý Albert Einstein, Boris Podolsky Nathan Rosen lập luận báo tiếng “miêu tả học lượng tử vào giới thực vật lý chưa hồn chỉnh” Vướng víu lượng tử tượng hai hay nhiều hạt kết nối, liên hệ với chí chúng cách hàng triệu năm ánh sáng Chẳng hạn hai electron bị vướng víu đặt gần nhau, trạng thái Khi tách chúng xa đâu chúng ln có mối liên hệ Nếu thay đổi trạng thái electron electron “cảm nhận” thay đổi theo Hay đơn giản có hai viên bi bị vướng víu, xoay viên bi Bắc Cực viên bi đặt Nam Cực xoay theo Đây thực tính chất Nhưng thực ứng dụng vơ lớn. Ngày ngay, tính chất vướng víu lượng tử kiểm chứng mở địa hạt cho công nghệ tối tân phục vụ người …Đến cơng nghệ tính tốn, thơng tin liên lạc đột phá… Máy tính lượng tử lần nhắc đến vào năm 80 kỷ trước nhà toán học Yuri Manin nhà vật lý học tiếng Richard Feynman Từ đến nay, giấc mơ lượng tử chưa tắt tính chất vật lý lượng tử tính chồng chập và vướng víu lượng tử để thực các phép tốn lời đảm bảo đời hệ cơng nghệ tính tốn, truyền thơng đầy tiềm tương lai Khơng cịn nghi ngờ nữa, hệ máy tính, truyền thơng tương lai khác xa ngày Những thách thức an ninh mạng, bảo mật thơng tin, tốc độ xử lý tính tốn đặt hội chưa có để phát triển kỹ thuật truyền thông, xử lý tốn phức tạp - truyền thơng tính tốn lượng tử Cơng nghệ lượng tử xem chìa khóa để giải tất hạn chế mà máy tính ngày phải đối mặt Lĩnh vực khoa học lượng tử thống trị lĩnh vực máy tính, trí tuệ nhân tạo, an ninh thông tin Các mối đe dọa hữu từ công mạng buộc phủ, qn đội doanh nghiệp tìm kiếm cách truyền thơng tin an tồn Các cường quốc, phịng thí nghiệm hàng đầu giới, tập đồn cơng nghệ tồn cầu IBM, Microsoft, Alphabet… Số năm 2019 49 KH&CN nước ngồi Máy tính lượng tử có khả xử lý thuật tốn vượt trội nhanh gấp nhiều lần đầu tư nguồn lực để phát triển kỹ thuật truyền thông lượng tử Ở châu Á, Trung Quốc quốc gia tiên phong đầu tư xây dựng Phịng thí nghiệm quốc gia khoa học thơng tin lượng tử có trị giá 10 tỷ USD, dự kiến năm 2020 vào hoạt động Cuộc chạy đua ông lớn công nghệ hứa hẹn cho đời máy tính lượng tử có khả xử lý thuật tốn vượt trội nhanh gấp nhiều lần, đồng thời thông tin bảo mật gần tuyệt đối mà không hacker lấy cắp Máy tính lượng tử hứa hẹn tạo nên cách mạng vô tiền khoáng hậu đời mạng internet lượng tử Điều khiến máy tính lượng tử có ưu việt tuyệt vời vậy? Trước hết cần hiểu rằng, cơng nghệ ngày mã hóa thơng tin theo hệ nhị phân, liệu “khóa” kỹ thuật số gửi dạng bit cổ điển Trong máy tính thơng thường, bit có hai giá trị là 1. Nhưng mã hóa lượng tử kỹ thuật sử dụng tượng vướng víu lượng tử của hạt vật chất [1] Đơn vị thông tin lượng tử 50 gọi qubit qubit có giá trị thời điểm, tức kỹ thuật mã hóa lượng tử ép gấp đơi liệu vào photon, mở khả tín hiệu là: 00, 01, 10, 11 Như vậy, tổ hợp qubit cho phép lưu giữ thông tin lớn gấp bội hệ thống bit thông thường Các phép toán logic mạnh logic nhị phân nên máy tính lượng tử xử lý thơng tin phức tạp nhanh nhiều so với máy tính Thực tế, cơng trình nghiên cứu cơng bố tạp chí Science, nhà khoa học thiết kế thành cơng mạch điện lượng tử giải tốn mà máy tính cổ điển khơng làm [2, 3] Ứng dụng quan trọng bậc máy tính lượng tử mã hóa Máy tính lượng tử với khả xử lý vô mạnh mẽ, tạo mã hóa khơng thể bị phá vỡ Những bước tiến nghiên cứu mở triển vọng to lớn việc mã hóa lượng tử Dường chủ đề nghiên cứu thơng tin, tính tốn lượng tử chưa nóng Rất nhiều cơng trình nghiên cứu công bố cho phép bước bước dài để xây Số năm 2019 dựng siêu máy tính lượng tử, internet lượng tử, viễn tải lượng tử… Cơng trình cơng bố tạp chí chuyên ngành danh tiếng Physical Review Letters Physical Review B ngày 22/5/2019 cho thấy, lần lịch sử xác định cấu hình hình học điện tử tự (spin điện tử) Đây kết nghiên cứu nhà khoa học thuộc Đại học Tổng hợp Basel (Thụy Sỹ) bước tiến cho việc thiết lập sở qubit máy tính lượng tử Bởi spin electron coi ứng viên tiềm sử dụng qubit nhỏ [4] Trên tạp chí Science, nhà khoa học Đại học Princeton (Mỹ) vừa công bố kết đột phá việc chế tạo thành công chip bán dẫn tạo nên từ lớp silicon silicongermanium, có khả truyền thông tin lượng tử từ electron sang photon ánh sáng [5] Bên cạnh đó, nhà khoa học Đại học Chicago (Mỹ) tạo bước đột phá nỗ lực phát triển công nghệ lượng tử tạo vướng víu lượng tử hai qubit, đồng thời tạo liên kết tầm xa tốt hai qubit Trong nghiên cứu cơng bố ngày 22/4/2019 tạp chí Nature, nhà khoa học xây dựng hệ thống từ qubit siêu dẫn trao đổi thông tin lượng tử dọc theo vệt dài gần mét với độ trung thực mạnh, hiệu suất cao nhiều so với chứng minh trước [6] …Và tương lai ngành công nghiệp công nghệ siêu cao Có thể xem ngành cơng nghiệp tính tốn lượng tử giai đoạn sơ khai, tiềm vơ lớn Ngành cơng nghiệp lượng tử tin thống trị tương lai với đời mạng thông tin liên lạc lượng KH&CN nước ngồi tử có khả bảo mật gần tuyệt đối, cảm biến lượng tử với độ nhạy xác siêu cao, siêu máy tính lượng tử… Cơng nghệ lượng tử nắm giữ chìa khóa internet vạn vật (IoT) hay trí tuệ nhân tạo (AI)… Tuy nhiên, khơng phải tương lai xa xôi mà chúng hữu trước mặt Những ứng dụng thương mại bắt đầu ông lớn công nghệ dấn thân vào đua chiếm lĩnh mặt trận công nghệ Để chế tạo những chip lượng tử máy tính lượng tử phịng thí nghiệm, nhiều thời gian phải bỏ khoản chi phí đắt đỏ Mặc dù vậy, ngành cơng nghiệp máy tính lượng tử gặt hái thành công ban đầu Đây đua ông lớn làng công nghệ Intel, Google, IBM, Microsoft… Chẳng hạn Intel cho mắt chip lượng tử Tangle Lake 49 qubit mạnh giới Google cho mắt chip lượng tử mạnh từ trước tới Bristlecone 72 qubit Gã khổng lồ IBM tun bố phát triển thành cơng máy tính 50 qubit Đầu năm 2019, IBM vừa công bố máy tính lượng tử thương mại có sức mạnh tính tốn đáng kinh ngạc mang tên IBM Q System One Đây máy tính lượng tử thiết kế cho phép doanh nghiệp sở hữu xem là bước tiến lớn việc thương mại hóa điện tốn lượng tử Khơng siêu máy tính lượng tử, nhiều quốc gia hàng năm đổ khoản tiền khổng lồ cho nghiên cứu công nghệ lượng tử Những bước tiến cơng nghệ có tiến triển nhanh chưa có, khiến điều tưởng có phim viễn tưởng trở thành IBM Q System One có khả tính tốn đáng kinh ngạc thực Trong đó, viễn tải lượng tử kỳ vọng tạo nên đột phá chưa có thơng tin truyền thơng Theo đó, rối lượng tử, hay vướng víu lượng tử chìa khóa để giúp vận chuyển thơng tin, tồn thơng tin một qubit truyền xác từ địa điểm đến địa điểm khác mà không kèm theo di chuyển không gian vật thể mang qubit Như vậy, tạo hai vật thể có vướng víu lượng tử khoảng cách Các nhà khoa học đạt thành công ban đầu viễn tải lượng tử Năm 2015, cơng trình đăng tạp chí Nature, nhà khoa học Đại học Stanford công bố thành công việc gửi hạt “vướng víu” qua khoảng cách xa. Theo đó, họ tương quan photon với spin electron, với cơng nghệ thí nghiệm thiết kế, họ thành cơng vướng víu hai electron khoảng cách kỷ lục 1,93 km [6] Thành nghiên cứu thu hút quan tâm rộng rãi cộng đồng khoa học toàn cầu cơng ty cơng nghệ hàng đầu giới mở tương lai cho việc thiết kế mạng lưới truyền thông tin lượng tử với độ bảo mật cao Cùng với đó, Trung Quốc tập trung nguồn lực lĩnh lực gặt hái thành công ban đầu Đây quốc gia thành cơng việc phóng vệ tinh quỹ đạo thấp Micius phục vụ việc thử nghiệm lượng tử Hệ thống gương laser loại tinh thể đặc biệt vệ tinh có khả mã hóa liệu nhúng đoạn mã mở khóa vào photon vướng víu lượng tử Những photon có chứa thơng tin mã hóa sau vượt qua quãng đường gần 2.400 km để di chuyển qua lại vệ tinh đài quan sát Xinglong Một đua công nghệ giai đoạn khởi động Ai người chiến thắng đua câu hỏi bỏ ngỏ Đầu tư cho nghiên cứu để thâm nhập sâu rộng vào địa hạt khoa học lượng tử nắm giữ lợi cạnh tranh công nghệ tương lai ? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://science.sciencemag.org/ content/362/6412/308 [2] Leon C Camenzind, et al (2019), “Spectroscopy of Quantum Dot Orbitals with In-Plane Magnetic Fields”, Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.207701 [3] Peter Stano, et al (2019), “Orbital effects of a strong in-plane magnetic field on a gate-defined quantum dot”, Physical Review B, DOI: 10.1103/ PhysRevB.99.085308 [4] https://science.sciencemag.org/ content/355/6321/156?panels_ajax_ tab_tab=jnl_sci_top_topics&panels_ ajax_tab_trigger= [5] https://www.nature.com/articles/ s41567-019-0507-7 [6] https://www.nature.com/articles/ nature15759 Soá naêm 2019 51 ... trước [6] …Và tương lai ngành công nghiệp cơng nghệ siêu cao Có thể xem ngành cơng nghiệp tính tốn lượng tử giai đoạn sơ khai, tiềm vơ lớn Ngành công nghiệp lượng tử tin thống trị tương lai với đời... nhiên, tương lai xa xôi mà chúng hữu trước mặt Những ứng dụng thương mại bắt đầu ông lớn công nghệ dấn thân vào đua chiếm lĩnh mặt trận công nghệ Để chế tạo những chip lượng tử máy tính lượng. .. tính lượng tử gặt hái thành công ban đầu Đây đua ông lớn làng công nghệ Intel, Google, IBM, Microsoft… Chẳng hạn Intel cho mắt chip lượng tử Tangle Lake 49 qubit mạnh giới Google cho mắt chip lượng