Điện toán lượng tử: Động lực mới của cạnh tranh công nghệ toàn cầu

Khác với máy tính truyền thống hoạt động dựa trên bit nhị phân, điện toán lượng tử sử dụng qubit với khả năng chồng chập và rối lượng tử, cho phép xử lý đồng thời lượng dữ liệu khổng lồ và giải quyết các bài toán vượt ngoài năng lực của siêu máy tính hiện nay. Trong một báo cáo đưa ra vào cuối năm 2025, Tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) cho biết nhiều quốc gia đã coi công nghệ lượng tử là công nghệ chiến lược, cam kết dành nguồn tài trợ công đáng kể để hỗ trợ phát triển cũng như ứng dụng công nghệ lượng tử vì khả năng tạo ra lợi thế vượt trội trong quốc phòng, AI, vật liệu mới và an ninh mạng.

Mỹ, Trung Quốc, Liên minh châu Âu (EU), Nhật Bản và Hàn Quốc đều đã triển khai chiến lược lượng tử quốc gia với quy mô đầu tư lớn. Theo Quantum Insider ngày 26/3, điện toán lượng tử không còn là công nghệ của tương lai xa. Các chính phủ trên toàn thế giới đã nhận ra tiềm năng mang tính chuyển đổi của nó trong mật mã học, khám phá thuốc, tối ưu hóa và trí tuệ nhân tạo (AI). Kể từ năm 2020, đầu tư vào hạ tầng nghiên cứu lượng tử, các chương trình đại học và hệ sinh thái startup đã tăng tốc mạnh mẽ.

Hiện nay, Mỹ vẫn dẫn đầu về hệ sinh thái doanh nghiệp lượng tử với Sáng kiến Lượng tử Quốc gia (NQI) được phê duyệt đầu tư khoảng 1,2 tỷ USD trong vòng năm năm (2019-2024) và được tái phê duyệt thêm 1,8 tỷ USD cho giai đoạn 2025-2029. Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) vận hành năm trung tâm nghiên cứu lượng tử với nguồn tài trợ chuyên biệt trị giá 625 triệu USD, tập trung vào cả điện toán lượng tử ngắn hạn và khoa học lượng tử dài hạn. Các tổ chức nghiên cứu lớn, bao gồm MIT, UC Berkeley và Caltech, hợp tác với các cơ quan liên bang trong các lĩnh vực như thuật toán lượng tử, sửa lỗi và phát triển phần cứng. Khu vực tư nhân cũng hoạt động rất sôi động, với các công ty như IBM, Google và nhiều startup lượng tử đang thúc đẩy nhiều nền tảng điện toán khác nhau.

Trong khi đó, Trung Quốc đã đưa điện toán lượng tử trở thành một yếu tố trung tâm trong chiến lược công nghệ quốc gia của mình. Nguồn tài trợ của chính phủ Trung Quốc dành cho lượng tử thường được nhắc tới ở mức 15 tỷ USD hoặc hơn, mặc dù con số này gây nhiều tranh cãi. Tiến sĩ Chao-Yang Lu, một nhà vật lý lượng tử nổi tiếng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho rằng số tiền thực tế có thể chỉ bằng khoảng một phần ba con số được công bố rộng rãi. Các nhà phân tích độc lập cũng lưu ý rằng các thông báo chi tiêu của chính phủ Trung Quốc thường phản ánh nguồn tài trợ dự kiến hơn là số tiền đã thực sự được giải ngân.

Về phần mình, EU xác định trong vài năm tới, công nghệ lượng tử sẽ cho phép thực hiện những điều mà hiện nay hoàn toàn chưa thể làm được như quan sát sâu dưới lòng đất hoặc dưới đáy biển và thực hiện các tác vụ tính toán phức tạp, như mô phỏng các phản ứng sinh học phân tử và hóa học mà những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay vẫn chưa thể xử lý. Công nghệ lượng tử cũng sẽ giúp truyền tải thông tin nhạy cảm một cách an toàn tới bất kỳ đâu, đồng thời chẩn đoán bệnh nhanh hơn và chính xác hơn bằng cách quan sát bên trong tế bào. Trong cuộc cách mạng lượng tử lần thứ hai đang diễn ra, Ủy ban châu Âu (EC) đã thông qua Chiến lược Lượng tử nhằm bảo đảm vị thế dẫn đầu công nghệ của EU. Chiến lược này, được thông qua vào tháng 7/2025, tận dụng các thế mạnh sẵn có của châu Âu như nghiên cứu đẳng cấp thế giới, sự xuất sắc về khoa học, nền tảng startup năng động và cơ cấu đầu tư công mạnh mẽ, đồng thời tập trung vào năm lĩnh vực hành động, gồm nghiên cứu và đổi mới sáng tạo, hạ tầng lượng tử, tăng cường hệ sinh thái lượng tử, công nghệ lượng tử không gian và lưỡng dụng, kỹ năng lượng tử.

Về tác động, điểm chú ý nhất là điện toán lượng tử có khả năng thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong AI và dữ liệu lớn. Máy tính lượng tử có thể tăng tốc đáng kể quá trình huấn luyện mô hình AI, tối ưu hóa thuật toán và xử lý các bài toán phức tạp trong y tế, tài chính và logistics. Điện toán lượng tử cũng được xem là động lực quan trọng cho chuyển đổi số quốc gia. Trong lĩnh vực giao thông, công nghệ này có thể tối ưu hóa mạng lưới logistics và giảm chi phí vận tải. Trong lĩnh vực tài chính, lượng tử có thể hỗ trợ mô hình hóa rủi ro và dự báo thị trường chính xác hơn. Điều này lý giải vì sao nhiều quốc gia đang coi lượng tử là nền tảng cho tăng trưởng kinh tế tương lai.

Tuy nhiên, công nghệ lượng tử cũng tạo ra nhiều thách thức an ninh mới. Khả năng phá mã hóa của máy tính lượng tử có thể làm suy yếu các hệ thống bảo mật hiện tại, ảnh hưởng trực tiếp tới ngân hàng, quốc phòng và dữ liệu quốc gia. Nhằm chuẩn bị cho nguy cơ này, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ đang thúc đẩy tiêu chuẩn mã hóa hậu lượng tử, bao gồm các tiêu chuẩn có thể được triển khai ngay từ bây giờ để bảo vệ chống lại cả máy tính lượng tử và máy tính cổ điển mà không cần thay đổi lớn đối với các giao thức và mạng truyền thông hiện có. Điều đó cho thấy phát triển điện toán lượng tử phải đi kèm chính sách an ninh mạng và bảo vệ dữ liệu quốc gia.

Xu hướng quan trọng hiện nay là điện toán lượng tử đang chuyển từ nghiên cứu cơ bản sang thương mại hóa và ứng dụng thực tiễn. Theo báo cáo nghiên cứu công bố ngày 22/1 trên trang arXiv, công nghệ lượng tử đang chuyển từ nghiên cứu nền tảng sang triển khai trong công nghiệp và xã hội. Chiến lược quốc gia về lượng tử của các nước vì thế đang nghiêng về hướng tập trung nhiều hơn vào các ứng dụng của công nghệ lượng tử và thương mại hóa, đồng thời giảm tương đối sự nhấn mạnh vào khoa học cơ bản. Các quỹ đầu tư và doanh nghiệp công nghệ lớn cũng đang tăng tốc đầu tư vào startup lượng tử nhằm giành lợi thế thị trường trong tương lai.

Đối với Việt Nam, điện toán lượng tử có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong triển khai Nghị quyết 57 về đột phá khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia. Việt Nam khó cạnh tranh trực tiếp với các cường quốc về quy mô đầu tư, nhưng có thể lựa chọn chiến lược phù hợp như đào tạo nhân lực, hợp tác quốc tế và xây dựng các trung tâm nghiên cứu chuyên sâu. Đồng thời, Việt Nam cần tích hợp nghiên cứu lượng tử với AI, an ninh mạng và dữ liệu lớn để chuẩn bị cho giai đoạn hậu điện toán truyền thống.

Tựu chung, điện toán lượng tử không còn là công nghệ của tương lai xa mà đang trở thành động lực mới của cạnh tranh công nghệ toàn cầu. Quốc gia nào làm chủ được công nghệ này sẽ có lợi thế lớn về kinh tế số, quốc phòng và đổi mới sáng tạo. Vì vậy, phát triển điện toán lượng tử cần được nhìn nhận như một nhiệm vụ chiến lược nhằm tạo đột phá khoa học công nghệ và nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia trong nhiều thập niên tới.