Trong giai đoạn từ năm 2024 đến nửa đầu năm 2025, thế giới đã chứng kiến những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực máy tính lượng tử. Đây là một bước ngoặt quan trọng, đánh dấu sự chuyển đổi từ lý thuyết sang ứng dụng thực tiễn. Công nghệ máy tính lượng tử không chỉ mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực công nghệ, mà còn đang tái định hình các nền tảng an ninh mạng, mã hóa và quốc phòng trên toàn cầu.

Cuộc đua phát triển máy tính lượng tử và mạng lượng tử đang tăng tốc giữa các cường quốc như Mỹ, Trung Quốc, Liên minh châu Âu (EU), Anh và Ấn Độ. Họ xem công nghệ lượng tử là một lợi thế chiến lược không thể thiếu để đảm bảo vị thế của mình trên trường quốc tế. Việc cạnh tranh trong lĩnh vực này không chỉ dừng lại ở việc phát triển công nghệ, mà còn liên quan đến việc đảm bảo an ninh quốc gia và tạo ra các cơ hội kinh tế mới.

Một trong những đột phá gần đây là sự ra đời của máy tính lượng tử với khả năng phá vỡ các thuật toán mã hóa hiện tại như RSA hay ECC trong tương lai gần. Điều này đã thúc đẩy các cơ quan an ninh mạng của nhiều quốc gia, bao gồm Mỹ và Anh, đẩy mạnh việc chuyển đổi sang chuẩn mã hóa hậu lượng tử. Việc này đảm bảo rằng thông tin được bảo mật một cách an toàn trong một thế giới mà máy tính lượng tử có thể giải quyết các bài toán mã hóa phức tạp một cách dễ dàng.

Bên cạnh đó, lĩnh vực mạng lượng tử cũng ghi nhận những bước tiến quan trọng. Công nghệ truyền thông sử dụng hạt photon để truyền thông với độ bảo mật tuyệt đối đang được triển khai. Tại Đức, các nhà khoa học đã thành công trong việc gửi thông điệp lượng tử qua cáp quang dài hơn 250km. Ở Ấn Độ, Viện Công nghệ IIT Delhi và Tổ chức Nghiên cứu Quốc phòng (DRDO) đã truyền được thông tin lượng tử trong không gian mà không cần dây dẫn, qua khoảng cách hơn một km. Những thành tựu này cho thấy tiềm năng của mạng lượng tử trong việc cung cấp một phương tiện truyền thông an toàn và đáng tin cậy.

Các quốc gia cũng đang đầu tư mạnh vào hạ tầng mạng lượng tử tích hợp mã hóa hậu lượng tử. Trung Quốc đã triển khai tuyến liên lạc lượng tử Bắc Kinh – Hợp Phì dài khoảng một nghìn km. Châu Âu cũng đang phát triển dự án EuroQCI, một hệ thống mạng lượng tử liên quốc gia kết hợp truyền thông mặt đất và vệ tinh. Những dự án này không chỉ giúp nâng cao khả năng bảo mật thông tin, mà còn mở ra các cơ hội mới cho việc ứng dụng công nghệ lượng tử trong nhiều lĩnh vực.

Những phát triển này cho thấy công nghệ lượng tử đang trở thành một hạ tầng quan trọng để đảm bảo thông tin, bảo mật và quyền lực mềm trong kỷ nguyên số. Công nghệ này không chỉ là lĩnh vực công nghệ, mà còn đóng vai trò trung tâm trong chiến lược quốc phòng và an ninh quốc gia của nhiều nước. Việc làm chủ công nghệ lượng tử mang lại nhiều lợi ích cụ thể như tăng cường an ninh mạng quốc gia, đảm bảo an toàn cho hạ tầng trọng yếu và tạo đột phá trong nghiên cứu khoa học.

Tuy nhiên, các quốc gia cũng phải đối mặt với những thách thức không nhỏ, bao gồm hạ tầng lượng tử đắt đỏ, kỹ thuật phức tạp và đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Việc vượt qua những thách thức này đòi hỏi sự đầu tư và hợp tác chặt chẽ giữa các quốc gia và tổ chức. Triển vọng của lĩnh vực này là vô cùng lớn. Một khi đạt đến ngưỡng khả thi, mạng lượng tử có thể trở thành ‘Internet thế hệ mới’ với mức độ bảo mật gần như tuyệt đối. Máy tính lượng tử có thể giúp con người giải quyết các bài toán mà máy tính truyền thống mất hàng thế kỷ.

Như vậy, công nghệ lượng tử đang ngày càng phát triển và hoàn thiện, mở ra nhiều cơ hội mới cho các quốc gia và tổ chức. Tuy nhiên, việc ứng dụng và phát triển công nghệ này cũng đòi hỏi sự cẩn trọng và sáng tạo để giải quyết các thách thức và tận dụng các cơ hội.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực phát triển phần cứng lượng tử. Họ đã tạo ra một con chip có khả năng tạo ra và duy trì ánh sáng lượng tử ổn định. Điều đáng chú ý là con chip này được sản xuất bằng quy trình công nghệ CMOS 45 nm phổ biến, vốn được sử dụng để sản xuất các bộ xử lý như x86 hay ARM.

Con chip này chứa 12 vòng silicon cực nhỏ, được gọi là “bộ cộng hưởng vòng vi mô”. Mỗi vòng có khả năng tạo ra các cặp hạt ánh sáng (photon) với tính chất lượng tử đặc biệt. Đây là nền tảng cho nhiều công nghệ lượng tử hiện đại. Trước đây, để tạo ra photon, cần đến những thiết bị phòng thí nghiệm cồng kềnh và phức tạp. Tuy nhiên, con chip này không chỉ tạo ra ánh sáng lượng tử mà còn giúp giữ cho ánh sáng đó luôn ổn định.

Các bộ cộng hưởng vòng vi mô tuy mạnh mẽ nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhỏ trong nhiệt độ hay sai số trong quá trình chế tạo. Điều này có thể khiến chúng hoạt động lệch pha và làm ngắt dòng photon. Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một cơ chế tự điều chỉnh được tích hợp ngay trên chip.

Mỗi bộ cộng hưởng đều có một đi-ốt quang nhỏ để theo dõi hiệu suất hoạt động, cùng với bộ gia nhiệt siêu nhỏ và mạch điều khiển đi kèm. Điều này cho phép điều chỉnh tức thì khi có sai lệch. Nhờ hệ thống này, cả 12 bộ cộng hưởng có thể vận hành đồng bộ một cách ổn định mà không cần đến thiết bị ngoại vi cồng kềnh như trong các phòng thí nghiệm.

Đây là một bước tiến nhỏ nhưng có ý nghĩa rất lớn. Nó cho thấy rằng chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng các hệ thống lượng tử ổn định và có thể lặp lại trong môi trường sản xuất công nghiệp. Con chip trong nghiên cứu này được phát triển cùng với GlobalFoundries và Ayar Labs, một công ty đi đầu trong công nghệ kết nối quang học phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI) và các hệ thống máy tính hiệu năng cao.

Việc con chip lượng tử này có điểm chung với thế giới AI không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Công nghệ quang tử cũng có thể mở ra hướng phát triển cho máy tính lượng tử ở quy mô lớn. Không khó để hình dung một tương lai nơi phần cứng AI và lượng tử cùng được sản xuất trên một nền tảng silicon chung. Thực tế, Nvidia cũng đang đầu tư mạnh vào lĩnh vực này, nên tốc độ phát triển trong thời gian tới có thể sẽ còn nhanh hơn nữa.

Khái niệm “nhà máy ánh sáng lượng tử” không chỉ là cách nói hình tượng. Giống như chip điện tử truyền thống cần dòng điện, hay mạng quang học cần ánh sáng laser, công nghệ lượng tử trong tương lai cũng sẽ cần nguồn ánh sáng lượng tử ổn định và đáng tin cậy.

Bằng việc chứng minh có thể tạo ra và duy trì nguồn sáng này trực tiếp trên chip silicon, đồng thời có thể sao chép và sản xuất hàng loạt, nhóm nghiên cứu đã cho thấy phần cứng lượng tử hoàn toàn có thể vươn ra khỏi phòng thí nghiệm và bước vào sản xuất đại trà như cách mà máy tính truyền thống đã làm được.