Cuộc chạy đua công nghệ lượng tử

Nhiều nhà phân tích, nhà nghiên cứu, chính trị gia và tướng lĩnh quân đội Mỹ cho rằng Mỹ đã để cho Trung Quốc dẫn đầu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu lượng tử. Một khi công nghệ lượng tử phát triển, công nghệ này sẽ có ảnh hưởng sâu sắc với hầu hết mọi khía cạnh cuộc sống.

Trung Quốc dẫn đầu trong khoa học lượng tử có thể làm nghiêng cán cân quân sự chiến lược có lợi cho nước này trong tương lai.

So sánh giữa Mỹ và Trung Quốc

Báo cáo đánh giá Mối đe dọa Toàn cầu tháng 1-2019 trước Thượng viện Mỹ thừa nhận vai trò đi đầu của Mỹ trong khoa học, công nghệ đã bị suy giảm nghiêm trọng, chủ yếu là do Trung Quốc có nhiều thành tựu vượt trội.

Trong hai năm qua, Trung Quốc đã đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu lượng tử. Năm 2016, Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình đã thiết lập chiến lược quốc gia để Trung Quốc trở nên tự chủ về công nghệ. Một trong những mục đích chính của Trung Quốc là vượt Mỹ và trở thành nước dẫn đầu toàn cầu về công nghệ cao.

Trung Quốc đã cấp ngân sách cho siêu dự án máy tính lượng tử trị giá hàng tỉ đô la với kỳ vọng đạt đột phá quan trọng về lượng tử vào năm 2030. Trung Quốc cũng cam kết chi hàng tỷ đô la để thiết lập Phòng thí nghiệm Quốc gia Khoa học Thông tin Lượng tử Trung Quốc. Trung tâm này có thể trở thành trung tâm toàn cầu về nghiên cứu lượng tử và là thỏi nam châm thu hút người tài nghiên cứu lượng tử trong tương lai.

Thiết bị của một hệ thống radar lượng tử mẫu của Tập đoàn Công nghệ Điện tử Trung Quốc.

Khi đánh giá kết quả nghiên cứu của Trung Quốc trong hai năm qua, ta có thể thấy chiến lược lượng tử của nước này đang có hiệu quả. Có thể thấy rằng nghiên cứu lượng tử không phải là nỗ lực ngắn hạn mà là dài hạn của Trung Quốc. Với tốc độ đầu tư hiện nay, Trung Quốc sẽ chi cho hoạt động nghiên cứu và phát triển nhiều nhất thế giới vào năm 2030.

Tuy nhiên, nhờ những khoản đầu tư của những tập đoàn công nghệ khổng lồ như IBM, Google và Microsoft, Mỹ vẫn là nước đi đầu trong máy tính lượng tử. Năm 2018, IBM đã có nhiều bằng sáng chế hơn mọi công ty Mỹ.

Gần một nửa bằng sáng chế của IBM liên quan tới công nghệ tân tiến như trí tuệ nhân tạo, máy tính lượng tử và chuỗi khối. Gần đây, Google đã giành được vị trí tối thượng về lượng tử khi giải quyết được một bài toán trong 200 giây mà máy tính thông thường sẽ mất 10.000 năm mới làm được.

Ông Scott Aaronson, Giáo sư khoa học máy tính tại Đại học Texas ở Austin và là Giám đốc Trung tâm Thông tin Lượng tử của trường này, nhận định: "Tôi cho rằng Trung Quốc đang đi trước Mỹ về thông tin lượng tử, đơn giản là vì họ đã đầu tư rất nhiều vào lĩnh vực đó, còn Mỹ thì không. Tôi cho rằng Mỹ chỉ duy trì vai trò dẫn đầu trong máy tính lượng tử so với các trung tâm quan trọng khác như ở Canada, Anh, Liên minh châu Âu, Australia, Singapore, Israel".

Tháng 12-2018, Tổng thống Donald Trump đã ký Đạo luật Sáng kiến Lượng tử Quốc gia (NQI). Luật này cho phép đầu tư 1,2 tỷ USD vào khoa học thông tin lượng tử trong 5 năm. Vốn theo NQI sẽ chảy về Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia; Trung tâm Đa khoa Nghiên cứu và Giáo dục Lượng tử của Tổ chức Khoa học Quốc gia; và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Thông tin Lượng tử Quốc gia.

Công nghệ lượng tử có thể thay đổi cán cân quân sự.

Sau khi Tổng thống Trump ký NQI, ông đã ký tiếp sắc lệnh hành pháp để thiết lập Ủy ban Tư vấn Sáng kiến Lượng tử Quốc gia gồm 22 chuyên gia từ các cơ quan liên bang, cơ quan nghiên cứu và ngành lượng tử. Ủy ban họp ít nhất hai lần mỗi năm để tư vấn về các hoạt động lượng tử của Mỹ. Vài ngày sau khi Tổng thống ký sắc lệnh hành pháp, Bộ Năng lượng thông báo cấp 80 triệu USD cho nghiên cứu lượng tử. Mặc dù đây là động thái tích cực nhưng quy mô vẫn nhỏ so với những khoản đầu tư khổng lồ mà Trung Quốc đổ vào nghiên cứu lượng tử.

Lượng tử và quân sự

Thế giới sẽ chứng kiến cuộc chiến lượng tử diễn ra trong phòng thí nghiệm giữa những bộ não thiên tài chứ không phải súng, giữa các nhà khoa học chứ không phải binh sĩ. Ngoài ra, loại đạn quan trọng trong cuộc chiến này chính là nguồn vốn nghiên cứu.

Đây là cuộc chiến sử thi giữa siêu cường số một thế giới và siêu cường thứ hai có ý định thay thế Mỹ làm nước đi đầu về công nghệ cao. Cả hai quốc gia đều tham gia vào cuộc chiến không giới hạn để phát triển và triển khai công nghệ lượng tử mạnh nhất thế giới. Nếu Mỹ thua, ảnh hưởng về lâu dài sẽ tiêu cực.

Trong tháng 8-2018, Bộ Lục quân đã đưa ra yêu cầu về thông tin công nghệ lượng tử với lời kêu gọi: "Cuộc chạy đua toàn cầu đã diễn ra để khai thác và sử dụng công nghệ lượng tử vì mục đích quân sự. Cuộc chạy đua chinh phục lĩnh vực lượng tử này là một trong số những cuộc cạnh tranh khốc liệt nhất trong thế giới công nghệ ngày nay".

Dù không nói rõ nhưng Bộ Lục quân đang đề cập tới Trung Quốc. Vậy tại sao cuộc chạy đua này lại quan trọng như vậy? Câu trả lời rất đơn giản. Máy tính lượng tử không chỉ mang lại tiến bộ khoa học quan trọng mà sẽ còn thay đổi cuộc chiến tranh trên thực địa. Nếu Trung Quốc có lợi thế đáng kể về lượng tử quân sự so với Mỹ, nước này có thể vô hiệu hóa nhiều công nghệ tấn công và phòng thủ của Mỹ.

Trong báo cáo năm 2019 trước Quốc hội, Bộ Quốc phòng nói: "Năm 2018, Trung Quốc tiếp tục nỗ lực hiện đại hóa quân đội thông qua thu mua công nghệ và kiến thức nước ngoài. Trung Quốc đang tích cực theo đuổi chiến dịch mạnh mẽ để có công nghệ nước ngoài bằng cách nhập khẩu, đầu tư trực tiếp nước ngoài, do thám công nghiệp và do thám mạng, thiết lập các trung tâm nghiên cứu, phát triển ở nước ngoài".

Thời gian gần đây, Trung Quốc đã đạt được một số phát triển về lượng tử. Thứ nhất là liên lạc khoảng cách xa thông qua rối lượng tử. Trung Quốc đã thiết lập liên kết liên lạc phá kỷ lục khi dùng các hạt lượng tử rối giữa vệ tinh và trạm trên Trái Đất. Với phát triển này, Trung Quốc có thể chuyển các liên lạc viễn thông quân sự sang mạng lưới lượng tử để tránh bị giám sát, khiến Mỹ khó duy trì mức độ giám sát hiện nay.

Thứ hai là radar lượng tử. Tập đoàn Công nghệ Điện tử Trung Quốc tuyên bố đã phát triển được radar lượng tử và vẫn đang thử nghiệm. Một khi phát triển hoàn chỉnh, radar lượng tử có thể đe dọa vị thế dẫn đầu của Mỹ trong công nghệ tàng hình. Điều đó nghĩa là các máy bay tàng hình của Mỹ như B-2 Spirit, F-22 Raptor hay F-35 Lightning II sẽ ngày càng dễ bị tổn thương. Radar lượng tử cũng có thể xác định loại máy bay hoặc vũ khí mà máy bay mang theo.

Thứ ba là phát hiện tàu ngầm. Các nhà khoa học Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Trung Quốc thông báo phát triển thiết bị phát hiện tàu ngầm lượng tử dựa trên một loạt cảm biến SQUID (giao thoa kế lượng tử siêu dẫn). SQUID rất nhạy cảm, có thể giám sát sóng não chuột. SQUID có thể phát hiện tàu ngầm cách đó 5 hoặc 6km. Với công nghệ này, các tàu ngầm hạt nhân của Mỹ có thể bị hạn chế hoặc dễ bị tổn thương về tầm hoạt động và hiệu quả.

Đầu tư - Yếu tố quan trọng trong cuộc đua

Cuộc chạy đua lượng tử không phải là cuộc đua nước rút mà là cuộc đua đường dài. Kết quả cuộc đua sẽ không được xác định theo tháng hay năm mà theo thập kỷ. Công nghệ lượng tử vẫn còn nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết mới có thể đạt tiềm năng đầy đủ.

Vì vậy, khó mà dự đoán khi nào có đột phá quan trọng về lượng tử. Đột phá có thể vừa gây gián đoạn vừa nguy hiểm. Chỉ có một điều chắc chắn là các bên sẽ cần tiếp tục nghiên cứu và tiếp tục đầu tư.

Các nhà khoa học trong trung tâm máy tính lượng tử của IBM.

Để đạt được và duy trì vị thế dẫn đầu về lượng tử so với Trung Quốc, cách duy nhất của Mỹ là tăng đầu tư liên bang cho nghiên cứu lượng tử. Đầu tư liên bang ảnh hưởng trực tiếp tới vị thế dẫn đầu của Mỹ trong công nghệ. Nghiên cứu năm 2019 của Hội đồng Đối ngoại từ năm 2010 tới 2017 cho thấy gần 1/3 bằng sáng chế của Mỹ phụ thuộc vào nền khoa học được chính phủ liên bang đầu tư.

Tuy nhiên, đầu tư liên bang cho hoạt động nghiên cứu và phát triển tính theo tỷ lệ GDP đã giảm mạnh trong những năm qua. Nguồn vốn cho nghiên cứu và phát triển công nghiệp tiếp tục tăng, nhưng phần lớn nghiên cứu được thực hiện để cải thiện và mở rộng sản phẩm thương mại hơn là tạo ra công nghệ mới từ nghiên cứu đơn thuần.

Ví dụ về Phòng thí nghiệm Bell cho thấy sự thay đổi trong định hướng nghiên cứu và phát triển ở Mỹ.

Dưới thời quản lý của tập đoàn AT&T, phòng thí nghiệm này chú trọng nghiên cứu đơn thuần, phát minh ra rất nhiều thứ như linh kiện bán dẫn chủ động, vệ tinh liên lạc, laser, sợi quang học, điện thoại di động, thuật toán máy tính lượng tử Shor, Big Bang cùng nhiều phát minh thay đổi đời sống khác. Tuy nhiên, khi được Nokia mua lại, Phòng thí nghiệm Bell đã chuyển sang trọng tâm phát triển sản phẩm thương mại.

Cơ quan chỉ đạo Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA) cấp tiền cho hoạt động nghiên cứu quân sự để tìm ra những công nghệ chưa từng có. Mục đích là đảm bảo quân đội Mỹ tiếp cận công nghệ mới như máy tính lượng tử hay trí tuệ nhân tạo. Ngân sách mục tiêu cho DARPA được Tổng thống Trump phê duyệt là 3,6 tỷ USD. Nhiều công nghệ thương mại đều có nguồn gốc từ các dự án của DARPA.

Dù DPRPA tập trung vào lượng tử và các dự án công nghệ cao khác nhưng nguồn vốn của cơ quan này đã giảm gần 5% trong vài năm qua. Trong cùng giai đoạn, nguồn vốn đầu tư cho công nghệ cao của Trung Quốc lại tăng.

Để theo kịp đầu tư dành cho lượng tử của Trung Quốc, Mỹ cần tăng đáng kể đầu tư cho nghiên cứu lượng tử. Khoản tiền 1,2 tỷ USD mà Sáng kiến Lượng tử Quốc gia cấp cho nghiên cứu lượng tử trong 5 năm là quá ít ỏi.

Ngoài ra, cần phải coi đầu tư nghiên cứu lượng tử là khoản đầu tư quốc phòng. Chi phí duy trì trọn đời cho một chiếc F-35 Lightning là 1,12 nghìn tỷ USD. Nếu tiền mà chính phủ rót cho nghiên cứu lượng tử tăng gấp đôi hoặc gấp ba thì tổng số tiền cũng sẽ chưa bằng 1% chi phí duy trì trọn đời cho một chiếc F-35.

Cuộc đua khốc liệt

Hiện nay, vẫn còn sớm để nói về công nghệ lượng tử trong quân đội. Không có gì đảm bảo công nghệ này sẽ hoạt động tốt ở quy mô lớn hoặc trong các tình huống xung đột. Nhưng nếu công nghệ lượng tử thành công, những thứ như radar lượng tử hay mã hóa lượng tử có thể tạo ra tác động đặc biệt lớn. Radar và phá mật mã đã giúp thay đổi cục diện Chiến tranh Thế giới thứ hai.

Liên lạc lượng tử có thể khiến việc đánh cắp thông tin khó hơn nhiều nếu không muốn nói là bất khả thi. Radar lượng tử sẽ khiến máy bay tàng hình hiện rõ như máy bay bình thường. Cả hai điều trên sẽ là yếu tố thay đổi cuộc chơi.

Hiện vẫn còn quá sớm để nói Trung Quốc hay Mỹ sẽ đi đầu trong cuộc đua vũ trang lượng tử và cũng không rõ cuộc đua có dẫn tới một thế bế tắc kiểu Chiến tranh Lạnh hay không. Tuy nhiên, số tiền mà Trung Quốc rót vào nghiên cứu lượng tử là dấu hiệu cho thấy nước này quyết tâm thế nào trong giành vị trí dẫn đầu.

Trung Quốc cũng đã nỗ lực khai thác mối quan hệ hợp tác gần gũi giữa các viện nghiên cứu của chính phủ và các trường đại học, công ty. Còn Mỹ mới chỉ thông qua luật thiết lập kế hoạch quốc gia để điều phối nỗ lực khu vực công và tư. Trì hoãn áp dụng cách tiếp cận này đã dẫn tới nhiều dự án đình trệ và có thể làm chậm quá trình phát triển ứng dụng quân sự hữu ích.

Nhật Minh

Nguồn ANTG: http://antg.cand.com.vn/khoa-hoc-ky-thuat-hinh-su/cuoc-chay-dua-cong-nghe-luong- tu-567343/