Trong nhiều thập niên qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã làm thay đổi sâu sắc cách con người sống, làm việc và quản lý xã hội. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng cuộc cách mạng công nghệ tiếp theo có thể không đến từ những bộ vi xử lý ngày càng nhỏ hơn hay các mô hình trí tuệ nhân tạo ngày càng thông minh hơn, mà từ điện toán lượng tử – lĩnh vực được xem là có khả năng tạo ra bước nhảy vọt lớn nhất kể từ khi máy tính hiện đại ra đời.

Không đơn thuần là cuộc cạnh tranh khoa học

Ở trung tâm của cuộc đua này là mục tiêu đạt được “ưu thế lượng tử”, tức thời điểm máy tính lượng tử có thể giải quyết những bài toán mà các siêu máy tính truyền thống phải mất hàng nghìn, thậm chí hàng triệu năm mới hoàn thành. Nếu cột mốc đó được chinh phục, thế giới sẽ bước sang một kỷ nguyên điện toán hoàn toàn mới với những tác động sâu rộng đến kinh tế, khoa học và đặc biệt là an ninh quốc gia.

Một trong những lý do khiến các chính phủ đặc biệt quan tâm đến công nghệ lượng tử nằm ở lĩnh vực mật mã học. Hiện nay, phần lớn hệ thống bảo mật trên internet, từ giao dịch ngân hàng, thương mại điện tử cho tới thông tin quân sự và ngoại giao, đều dựa trên các thuật toán mã hóa như RSA. Sức mạnh của những hệ thống này đến từ việc các bài toán toán học nền tảng cực kỳ khó giải đối với máy tính truyền thống.

Tuy nhiên, một máy tính lượng tử đủ mạnh có thể thay đổi hoàn toàn cuộc chơi. Nhiều chuyên gia nhận định, các thuật toán lượng tử trong tương lai có khả năng phá vỡ những lớp bảo mật hiện nay trong thời gian rất ngắn. Điều đó đồng nghĩa với việc dữ liệu tài chính, bí mật quốc gia hay các thông tin liên lạc nhạy cảm có thể trở nên dễ bị tổn thương hơn bao giờ hết.

Chính vì vậy, cuộc đua lượng tử không đơn thuần là cuộc cạnh tranh khoa học. Đây còn là cuộc chạy đua nhằm giành lợi thế trong việc truy cập dữ liệu được mã hóa của đối thủ, đồng thời phát triển các hệ thống “mật mã hậu lượng tử” để bảo vệ cơ sở hạ tầng số của chính mình trước các mối đe dọa trong tương lai.

Ngoài lĩnh vực bảo mật, điện toán lượng tử còn được kỳ vọng mang lại những đột phá trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng. Các nhà khoa học tin rằng công nghệ này có thể giúp mô phỏng chính xác cấu trúc phân tử để phát triển thuốc mới, tối ưu hóa các hệ thống logistics phức tạp, nâng cao hiệu quả của trí tuệ nhân tạo và giải quyết các bài toán khoa học vốn vượt quá khả năng của máy tính hiện nay.

Chưa ai có thể khẳng định đâu sẽ là nền tảng thống trị trong tương lai

Sự hấp dẫn của các ứng dụng tiềm năng đã khiến điện toán lượng tử chuyển từ một chủ đề nghiên cứu hàn lâm trở thành một phần của chiến lược phát triển quốc gia. Thay vì xem đây là một ngành công nghệ thương mại ngắn hạn, nhiều chính phủ đang coi lượng tử như một hạ tầng chiến lược có ý nghĩa tương tự chương trình không gian hay năng lượng hạt nhân trong thế kỷ XX.

Điểm đặc biệt của lĩnh vực này là chưa có một hướng phát triển phần cứng nào được xác định là tối ưu tuyệt đối. Các nhà nghiên cứu trên thế giới hiện theo đuổi nhiều công nghệ khác nhau như qubit siêu dẫn, ion bị bẫy, hệ thống quang tử, nguyên tử trung tính và nhiều phương pháp khác. Sự đa dạng này phản ánh thực tế rằng khoa học lượng tử vẫn đang ở giai đoạn đầu, khi chưa ai có thể khẳng định đâu sẽ là nền tảng thống trị trong tương lai.

Song song với các chương trình quốc gia, hợp tác quốc tế vẫn đóng vai trò quan trọng. Nhiều đột phá khoa học cơ bản được chia sẻ rộng rãi giữa các viện nghiên cứu và trường đại học trên thế giới. Những trung tâm nghiên cứu lượng tử lớn đã hình thành tại Munich của Đức, Delft của Hà Lan, Cambridge của Anh, Bắc Kinh của Trung Quốc hay Toronto của Canada. Các cụm nghiên cứu này không chỉ thu hút giới khoa học mà còn lôi kéo nguồn vốn đầu tư mạo hiểm và các doanh nghiệp công nghệ hàng đầu.

Tuy nhiên, yếu tố quyết định thành công lâu dài không nằm ở máy móc mà ở con người. Các quốc gia dẫn đầu đều tập trung xây dựng đội ngũ chuyên gia thông qua các chương trình đào tạo đại học, học bổng sau đại học và hợp tác giữa trường học với doanh nghiệp. Trong bối cảnh nguồn nhân lực lượng tử chất lượng cao còn rất khan hiếm, việc thu hút và giữ chân nhân tài đã trở thành một phần quan trọng trong chiến lược cạnh tranh toàn cầu.

Các nước đầu tư mạnh cho công nghệ lượng tử

Để thúc đẩy sự phát triển của ngành, nhiều nước áp dụng mô hình kết hợp giữa nguồn vốn công và tư. Nhà nước tài trợ cho các nghiên cứu cơ bản tại các trường đại học và viện khoa học, trong khi doanh nghiệp chịu trách nhiệm thương mại hóa các công nghệ mới. Mô hình này giúp rút ngắn khoảng cách từ phòng thí nghiệm tới thị trường.

Quy mô đầu tư hiện nay cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của lĩnh vực lượng tử. Mỹ là một trong những quốc gia đi đầu với Sáng kiến Lượng tử Quốc gia trị giá hàng tỷ USD, cùng mạng lưới các trung tâm nghiên cứu do chính phủ liên bang tài trợ. Những tập đoàn công nghệ lớn như IBM hay Google cũng đang cạnh tranh quyết liệt để phát triển các thế hệ máy tính lượng tử mới.

Trung Quốc cũng xem lượng tử là một trụ cột trong chiến lược công nghệ quốc gia. Bắc Kinh được cho là đã dành nguồn lực lên tới hàng chục tỷ USD cho nghiên cứu lượng tử, đồng thời xây dựng các phòng thí nghiệm quốc gia và khu công nghiệp chuyên biệt. Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cùng nhiều doanh nghiệp công nghệ đang tích cực phát triển cả phần cứng lẫn ứng dụng lượng tử.

Tại châu Âu, Vương quốc Anh triển khai Chiến lược Lượng tử Quốc gia kéo dài một thập niên với nguồn ngân sách nhiều tỷ bảng Anh. Liên minh châu Âu cũng thúc đẩy chương trình Quantum Flagship nhằm điều phối nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực điện toán, truyền thông và cảm biến lượng tử.

Ở châu Á, Nhật Bản tuyên bố năm 2025 là “năm đầu tiên của công nghiệp hóa lượng tử”, đồng thời đặt mục tiêu xây dựng nền kinh tế lượng tử vào năm 2030. Hàn Quốc, Singapore, Australia, Canada, Thụy Sĩ và Ấn Độ cũng đã triển khai các chương trình đầu tư dài hạn với quy mô hàng tỷ USD nhằm bảo đảm vị thế cạnh tranh trong tương lai.

Dù vậy, điện toán lượng tử vẫn chưa phải là một cuộc cách mạng đã hoàn tất. Các nhà nghiên cứu đang phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật lớn, đặc biệt là vấn đề sửa lỗi lượng tử và mở rộng quy mô hệ thống. Những cỗ máy hiện nay mới chỉ sở hữu từ vài chục đến vài nghìn qubit và vẫn còn cách khá xa mục tiêu xây dựng các máy tính lượng tử quy mô lớn có thể hoạt động ổn định trong thực tế.

Chính vì thế, giới chuyên môn vẫn chưa thống nhất về thời điểm công nghệ lượng tử thực sự tạo ra tác động rộng rãi. Một số dự báo cho rằng điều này có thể xảy ra trong vòng 5 đến 10 năm tới, trong khi nhiều chuyên gia khác cho rằng cần từ 15 đến 20 năm hoặc lâu hơn.

Tuy nhiên, bất chấp những bất định đó, các chính phủ vẫn tiếp tục đầu tư mạnh mẽ. Họ hiểu rằng điện toán lượng tử có thể trở thành nền tảng cho thế hệ công nghệ tiếp theo, từ bảo mật thông tin, trí tuệ nhân tạo đến y học và quốc phòng. Trong cuộc cạnh tranh này, nguy cơ lớn nhất không phải là đầu tư quá nhiều, mà là đứng ngoài cuộc chơi và bị bỏ lại phía sau khi bước ngoặt công nghệ thực sự xuất hiện.