Câu hỏi từ thế kỷ trước mở ra cuộc đua công nghệ lượng tử hàng chục tỷ USD. Từ một ý tưởng khoa học tại một hội thảo nhỏ, điện toán lượng tử đã từng bước hình thành và trở thành một trong những cuộc đua công nghệ chiến lược lớn nhất của thế kỷ XXI.
Khởi nguồn từ những ý tưởng rời rạc
Cách đây khoảng một thập kỷ, công nghệ lượng tử vẫn là một chủ đề chuyên ngành hẹp, chủ yếu được thảo luận trong giới học thuật và các nhà đầu tư công nghệ sâu. Tuy nhiên, vài năm gần đây, điện toán lượng tử đã trở thành tâm điểm của cuộc đua công nghệ toàn cầu, thu hút sự quan tâm của công chúng và các cường quốc.
Điện toán lượng tử sử dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính phức tạp trong thời gian ngắn. Trong khoa học hiếm khi tồn tại một khoảnh khắc Eureka của riêng một cá nhân; thay vào đó, nhiều ý tưởng cùng xuất hiện và bổ sung cho nhau. Điện toán lượng tử cũng hình thành theo cách đó.
Những mảnh ghép đầu tiên
Dù chỉ mới thu hút sự chú ý gần đây, con người đã hưởng lợi từ các công nghệ dựa trên cơ học lượng tử trong nhiều thập kỷ, như GPS, cáp quang Internet và vi mạch bán dẫn. Theo tạp chí Nature, vào khoảng những năm 1960, nhà vật lý Rolf Landauer đã chỉ ra mối liên hệ giữa nhiệt động lực học và thông tin. Năm 1980, nhà toán học Yuri Manin đề cập đến ý tưởng về một máy tự động lượng tử, và cùng giai đoạn đó, Paul Benioff xây dựng mô hình máy Turing dưới góc nhìn cơ học lượng tử.
Những nghiên cứu này cho thấy các nhà khoa học đã bắt đầu suy nghĩ về khả năng kết hợp cơ học lượng tử với tính toán, dù chưa ai hình dung rõ một máy tính lượng tử sẽ trông như thế nào.
Hội nghị lịch sử năm 1981
Theo IBM Research, một dấu mốc quan trọng là Hội nghị Physics of Computation vào tháng 5/1981, do MIT và IBM đồng tổ chức, quy tụ khoảng 50 nhà vật lý, nhà toán học và nhà khoa học máy tính. Thời điểm đó, vật lý và khoa học máy tính vẫn được xem là hai ngành tách biệt.
Trong số những người tham dự, Richard Feynman để lại dấu ấn sâu sắc nhất. Thay vì hỏi làm thế nào để chế tạo máy tính nhanh hơn, Feynman đặt câu hỏi: nếu muốn mô phỏng chính xác tự nhiên, chúng ta cần một loại máy tính như thế nào? Ông lập luận rằng thế giới ở cấp độ nguyên tử vận hành theo cơ học lượng tử, trong khi mọi máy tính lúc bấy giờ đều hoạt động dựa trên vật lý cổ điển, khiến việc mô phỏng chính xác các hệ lượng tử trở nên cực kỳ khó khăn.
Trong bài phát biểu nổi tiếng Simulating Physics with Computers, Feynman nói: Tự nhiên không vận hành theo vật lý cổ điển, chết tiệt. Nếu muốn mô phỏng tự nhiên, tốt hơn hết anh phải làm điều đó bằng cơ học lượng tử. Chính tại hội nghị này, Feynman đã đưa ra nhận định rằng muốn mô phỏng thế giới lượng tử hiệu quả, máy tính cũng phải hoạt động theo các quy luật lượng tử.
Từ mảnh ghép đến ý tưởng thống nhất
Theo Nature Reviews Physics, Feynman không trình bày bản thiết kế máy tính lượng tử, mà giới thiệu khái niệm máy mô phỏng lượng tử phổ quát. Ý tưởng là thay vì mô phỏng hiện tượng lượng tử bằng máy tính cổ điển, hãy sử dụng chính một hệ lượng tử để mô phỏng một hệ lượng tử khác. Bài báo của Feynman sau đó trở thành cột mốc của điện toán lượng tử và mô phỏng lượng tử, thường được ghi nhận là sự khai sinh của hai lĩnh vực này.
Cuộc đua công nghệ lượng tử toàn cầu
Sau hội nghị năm 1981, điện toán lượng tử vẫn còn là lĩnh vực nhỏ. Phải đến 13 năm sau, khi nhà toán học Peter Shor công bố thuật toán phân tích số nguyên, cộng đồng khoa học mới nhận ra máy tính lượng tử có thể giải một số bài toán nhanh hơn nhiều so với máy tính cổ điển.
45 năm sau bài phát biểu của Feynman, điện toán lượng tử đã trở thành một trong những lĩnh vực cạnh tranh quyết liệt nhất. Theo các báo cáo quốc tế, cuộc đua tập trung vào ba trung tâm: Mỹ, Trung Quốc và châu Âu. Báo cáo của Quốc hội Mỹ cho thấy Trung Quốc dẫn đầu về đầu tư nhà nước với khoảng hơn 15 tỷ USD, trong khi Mỹ chiếm ưu thế về hệ sinh thái doanh nghiệp với số lượng startup lớn nhất thế giới. Châu Âu nổi bật ở nghiên cứu nhưng hạn chế về thương mại hóa và vốn tư nhân.
Sau trí tuệ nhân tạo và bán dẫn, lượng tử đang trở thành chiến trường công nghệ mới giữa các cường quốc. Theo tạp chí Barron's, đây không chỉ là cạnh tranh công nghệ mà còn mang tính chiến lược, đặc biệt trong các lĩnh vực như an ninh mạng, truyền thông lượng tử và điện toán hiệu năng cao. Các chuyên gia cho rằng cuộc đua vẫn ở giai đoạn đầu và chưa có quốc gia nào chiếm ưu thế tuyệt đối.
Nhìn lại lịch sử, ít ai ngờ rằng cuộc đua công nghệ trị giá hàng tỷ USD của thế kỷ XXI lại bắt đầu từ một hội nghị chỉ khoảng 50 người tham dự và một câu hỏi tưởng như đơn giản của Richard Feynman.
