Cuộc đua nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ lượng tử trên thế giới

Trang mạng dailymaverick.co.za vừa đăng bài viết của Giáo sư Zeblon Vilakazi, thuộc Đại học Witwatersrand (Nam Phi), trong đó nhận định rằng các nước trên thế giới đang đẩy mạnh cuộc đua trong lĩnh vực nghiên cứu và dụng các công nghệ lượng tử.

Theo nội dung bài viết, các công nghệ lượng tử đang bùng nổ và hiện không chỉ giới hạn trong phạm vi các phòng thí nghiệm. Ngành công nghiệp lượng tử đạt giá trị khoảng hơn 1 tỷ bảng (1,27 tỷ USD) tại Vương quốc Anh. Hầu hết các nước phát triển và một số nước thuộc Nhóm các nền kinh tế mới nổi hàng đầu thế giới (BRICS, gồm Brazil, Nga, Ấn Độ, Trung Quốc và Nam Phi) cũng đã và đang đầu tư rất lớn vào các công nghệ lượng tử.

Các nỗ lực phối hợp và cạnh tranh quốc tế để phát triển công nghệ lượng tử một cách có hệ thống đang dẫn đến sự ra đời của một ngành công nghệ cao mới. Hồi tháng 5/2019, tạp chí khoa học Nature hàng đầu của Anh cho biết Ủy ban châu Âu (EC) đã lặng lẽ công bố kế hoạch khởi động dự án nghiên cứu trị giá 1 tỷ euro (1,14 tỷ USD) để thúc đẩy một loạt công nghệ lượng tử trên toàn châu Âu, như mạng truyền thông an toàn hay cảm biến trọng lực cực kỳ chính xác.

Ở châu Á, các nhà khoa học Trung Quốc đang chuẩn bị hoàn thành hệ thống liên kết truyền thông lượng tử dài 2.000 km - dài nhất thế giới hiện nay - nhằm đảm bảo an toàn thông tin giữa Bắc Kinh và Thượng Hải. Những gã khổng lồ công nghệ của Mỹ như IBM, Google, Microsoft và Lockheed Martin đang dẫn đầu trong lĩnh vực điện toán lượng tử với những khoản đầu tư lớn để phát triển phần cứng và phần mềm liên quan.

Tuần trước, Đại học Witwatersrand của Nam Phi và tập đoàn IBM của Mỹ đã công bố khuôn khổ hợp tác mới, trong đó Đại học Witwatersrand trở thành đối tác châu Phi đầu tiên thuộc Mạng lưới Q (mạng lưới lượng tử) của IBM (IBM Q Network).

Đại học Witwatersrand sẽ đóng vai trò là cửa ngõ, cho phép các nhà nghiên cứu của đại học danh tiếng này cũng như học giả khác của Nam Phi và của 15 trường đại học trong Liên minh các trường đại học nghiên cứu châu Phi (ARUA) có thể truy cập vào máy tính lượng tử 20 qubit-IBM Q kèm theo các hệ thống máy tính lượng tử tiên tiến và phần mềm để giảng dạy khoa học thông tin lượng tử và khám phá các ứng dụng ban đầu trong lĩnh vực đầy mới mẻ này. Đây rõ ràng là một kỳ tích, bởi nó mang lại cơ hội cho Nam Phi trong lĩnh vực tiên phong của điện toán lượng tử.

Những tiến bộ trong các công nghệ lượng tử đã tạo ra “cuộc cách mạng lượng tử thứ 2”, với sự xuất hiện của các công nghệ mới, như hình ảnh y tế nâng cao, các vật liệu tích tụ ánh sáng hiệu năng (năng lượng sạch) và mạng truyền thông quang học an toàn (an ninh mạng). Những tiến bộ này cũng dẫn đến sự ra đời của máy tính có tốc độ xử lý nhanh hơn theo cấp số nhân (máy tính lượng tử), được tích hợp chặt chẽ với các công nghệ đa dạng như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy. 

Công tác nghiên cứu lượng tử ở Nam Phi trong thập kỷ qua đã mang lại những kết quả quan trọng và dẫn đầu thế giới trong một số trường hợp. Những tiến bộ mà công nghệ điện toán lượng tử mang lại là cực kỳ quan trọng nếu Nam Phi muốn tiếp tục tham gia sâu hơn vào làn sóng nghiên cứu mới này.

Khi công bố thỏa thuận hợp tác giữa IBM và Đại học Witwatersrand vào tuần trước, Tiến sĩ Solomon Assefa, Phó Chủ tịch phụ trách nghiên cứu của IBM về các giải pháp cho thị trường mới nổi và châu Phi cũng như các phòng thí nghiệm ở Nam Phi và Kenya, đánh giá rằng để duy trì sự cạnh tranh trong những thập kỷ tới, "chúng ta phải chuẩn bị cho thế hệ sinh viên và những nhà nghiên cứu lượng tử tiếp theo". Tiến sỹ Assefa từng đoạt giải “Nhà sáng tạo trẻ hàng đầu dưới 35 tuổi” của MIT Technology Review.

Lĩnh vực hóa học sẽ là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của điện toán lượng tử. Đối với Nam Phi, mối quan tâm đầu tiên trong lĩnh vực điện toán lượng tử là nghiên cứu phân phối thuốc HIV. Các nhà nghiên cứu về sinh học phân tử và tế bào tại Đại học Witwatersrand đặc biệt tập trung vào việc tìm hiểu chủng virus C - chủng virus HIV phổ biến nhất ở miền Nam sa mạc Sahara châu Phi và ước chiếm hơn 95% ca nhiễm HIV/AIDS ở Nam Phi. 

Trên phạm vi toàn cầu, các nhà vật lý của Đại học Witwatersrand chỉ ra rằng việc sửa lỗi thời gian thực trong truyền thông lượng tử là có thể và việc truy cập vào Mạng lưới IBM Q sẽ tăng cường đáng kể khả năng nghiên cứu các vấn đề trên. Chúng hiện đang được tiến hành tại Phòng thí nghiệm cấu trúc ánh sáng Đại học Witwatersrand, cũng như ở các nhóm nghiên cứu khác của Nam Phi.

Đầu tư vào các công nghệ lượng tử ở Nam Phi là rất quan trọng nếu “đất nước cầu vồng” này muốn thúc đẩy nghiên cứu loại công nghệ mà có thể giúp giải quyết những vấn đề khó khăn nhất của đất nước. Ngoài ra, điện toán lượng tử hứa hẹn mang lại tiềm năng kinh tế số cho các công ty khởi nghiệp công nghệ thuộc những lĩnh vực phát triển phần cứng và phần mềm./.