Công nghệ lượng tử: Việt Nam cần nắm "cửa sổ cơ hội hẹp" để không chậm chân

Chiều 24/6, MK Group, President Club phối hợp cùng Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia (NIC) đã tổ chức tọa đàm với chủ đề “Công nghệ lượng tử và những lựa chọn chiến lược cho Việt Nam”, với sự tham gia của nhiều chuyên gia trong ngành đến từ các trường Đại học, Viện nghiên cứu, lãnh đạo và nhà hoạch định chính sách. 

Công nghệ lượng tử vốn là một lĩnh vực đầy thách thức và phức tạp, đang dần trở nên quen thuộc hơn ở Việt Nam. Đặc biệt, công nghệ này lần đầu tiên được đưa vào danh mục các công nghệ và sản phẩm công nghệ chiến lược của Việt Nam theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ vào đầu tháng 6.

Điều này cho thấy sự quan tâm và định hướng chiến lược của quốc gia đối với lĩnh vực này.

Báo cáo Chiến lược Phát triển Công nghệ Lượng tử Việt Nam 2025-2045 nhấn mạnh về cửa sổ cơ hội hẹp và tính chất “winner-takes-all”. 

“Cửa sổ cơ hội cho các quốc gia muốn tham gia cuộc đua lượng tử chỉ còn 5-7 năm tới từ 2025-2032. Sau thời điểm này, bối cảnh công nghệ lượng tử toàn cầu sẽ được định hình và thống trị bởi một số ít cường quốc đã thiết lập, tạo ra hiệu ứng “winner-takes-all” nghiêm khắc. Các quốc gia chậm bước sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào công nghệ nước ngoài trong các lĩnh vực then chốt như bảo mật thông tin, điện toán hiệu năng cao và cảm biến quân sự, đe dọa nghiêm trọng đến chủ quyền số và an ninh quốc gia”, báo cáo cho biết. 

Xu hướng tập trung này được thể hiện rõ qua việc hơn 20.000 bằng sáng chế lượng tử được nộp từ 2001-2021, với 50% được nộp chỉ trong 5 năm qua. Hoa Kỳ nắm giữ 30,7% bằng sáng chế toàn cầu, Trung Quốc 25,9%, trong khi IBM dẫn đầu với 3.953 bằng sáng chế năm 2023. Sự tập trung sở hữu trí tuệ này sẽ tạo ra rào cản gia nhập ngày càng cao cho các quốc gia muộn màng.

Bước đi chiến lược của Việt Nam và bài học quốc tế

Tiến sĩ Nguyễn Quốc Hưng, Trung tâm Nano và Năng lượng, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội nhấn mạnh: “Để đạt được tầm nhìn của Việt Nam là trở thành quốc gia dẫn đầu về công nghệ lượng tử trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, ba lĩnh vực chiến lược chính cần phải nghiên cứu phát triển bao gồm: Tính toán lượng tử, thông tin lượng tử và đặc biệt là công nghệ phụ trợ cho lượng tử”. 

Ông Hưng chỉ ra rằng máy tính lượng tử chưa thực sự tồn tại ở dạng thương mại hóa và nền tảng phần cứng vẫn đang cạnh tranh mạnh mẽ. 

Máy tính lượng tử chưa thực sự tồn tại ở dạng thương mại hóa và công nghệ phần cứng vẫn đang cạnh tranh mạnh mẽ.

Hiện có ba công nghệ tiềm năng chính: Siêu dẫn, ánh sáng, và bẫy ion.

“Công nghệ siêu dẫn được xem là hứa hẹn vì nó cho phép chế tạo mạch điện giống như chip bán dẫn nhưng bằng vật liệu siêu dẫn, tận dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng phòng sạch hiện có. Ánh sáng tuy có tính chất lượng tử thú vị nhưng cực kỳ khó kiểm soát và chưa có cỗ máy nào sử dụng ánh sáng có thể đi sâu rộng vào đời sống thực tế. Trong khi đó, bẫy ion đòi hỏi năng lực vật lý nguyên tử chuyên sâu mà Việt Nam còn hạn chế”, ông Hưng giải thích. 

Thế giới đang chuyển từ giai đoạn NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum – máy tính cỡ trung bình nhiễu nhưng hoạt động đúng cơ chế lượng tử) sang FTQC (Fault-Tolerant Quantum Computing – máy tính lượng tử chịu lỗi, đi vào thực tế). 

Việt Nam có thể tận dụng cơ hội này để nhanh chóng đạt được trình độ NISQ trong 1-2 năm tới, sau đó chuyển sang giai đoạn FTQC. Để làm được điều này, ông Hưng đề xuất đầu tư tập trung vào các phòng thí nghiệm quốc gia và xây dựng mô hình "ba nhà" như Chính phủ vẫn thường xuyên nhấn mạnh: Nhà trường, Doanh nghiệp và Nhà nước.

Trong lĩnh vực thông tin lượng tử, phần cứng đã rõ ràng hơn với ánh sáng là lựa chọn chính để truyền thông tin. 

Có hai hướng truyền tải chính: Không dây (kiểu truyền từ vệ tinh với nhau) và có dây (truyền trực tiếp trong mạng quang học, mạng Internet). 

Cả hai hướng này đều đã có sản phẩm thương mại hóa. Ông Hưng đề xuất Việt Nam nên bắt đầu bằng việc mua sắm thiết bị có sẵn để thử nghiệm và triển khai, học hỏi kinh nghiệm từ Hàn Quốc và Singapore, nơi họ đã kiểm chứng công nghệ và đang triển khai mạnh mẽ. 

Việc tham gia vào các chuẩn hóa quốc tế và phát triển mật mã hậu lượng tử (PQC – Post-Quantum Cryptography) cũng rất quan trọng. PQC là mật mã hậu lượng tử, sử dụng toán học để chống lại lượng tử, không sử dụng cơ chế lượng tử nào trong đó, do đó Việt Nam hoàn toàn có thể triển khai được luôn.

Đối với lĩnh vực công nghệ phụ trợ và hệ sinh thái, vị chuyên gia nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ phụ trợ, vốn là những công nghệ truyền thống nhưng lại thiết yếu cho sự phát triển của công nghệ lượng tử. 

Ông lấy ví dụ về các thiết bị điện để điều khiển chip ở nhiệt độ thấp hoặc FPGA (Field-Programmable Gate Array) – những lĩnh vực đầy tiềm năng mà Việt Nam có thể khai thác. Những công nghệ này không nhất thiết phải có chữ "lượng tử" trong tên, nhưng chúng rất đắt tiền và đòi hỏi công nghệ cao. 

Hướng đi này giúp nâng tầm công nghệ Việt Nam, đi vào những thị trường ngách mà thế giới chưa đầu tư nhiều, và hạn chế sự phụ thuộc vào công nghệ lượng tử của thế giới.

Trong buổi tọa đàm, nhiều chuyên gia trong buổi nói chuyện đã đề cập đến mô hình "Hub-and-Spoke" như một cách tiếp cận hiệu quả để phát triển công nghệ lượng tử.

Bà Rossy Nhung Nguyễn, CEO và đồng sáng lập Quannova và VN Quantum tại Anh quốc chia sẻ, Anh là một trong những quốc gia thành công nhất trong việc chuyển đổi các cam kết thành nhân tài, công ty khởi nghiệp và vốn tư nhân. 

Yếu tố thành công của Anh bao gồm nguồn nhân lực dồi dào, cơ cấu vốn cân bằng và Anh sở hữu các Hub lượng tử.

“Vương quốc Anh có năm "Hub" nghiên cứu chuyên sâu, trải dài khắp đất nước, mỗi hub có một nhiệm vụ nghiên cứu và một chủ đề khác nhau, ví dụ như cảm ứng lượng tử, tính toán lượng tử, hoặc truyền thông lượng tử. 

Bên cạnh đó, Trung tâm Máy tính Lượng tử Quốc gia (NQCC) là một phòng thí nghiệm lượng tử quốc gia dành cho tính toán lượng tử, không phải để phát triển công nghệ lượng tử mà là phát triển những công nghệ bổ trợ cho máy tính lượng tử, bao gồm việc mua và thử nghiệm bảy loại máy lượng tử khác nhau từ nhiều nhà cung cấp để phát triển hệ sinh thái xung quanh chúng”, bà Rossy Nhung Nguyễn chia sẻ. 

Chiến lược lượng tử của Anh được đặt ra từ năm 2013, với những sứ mệnh quốc gia Anh cùng chương trình National Strategy sẽ đầu tư và kiểm định kết quả trong suốt 10 năm. Đến năm 2023, họ tiếp tục đưa ra chiến lược mới cho 10 năm tiếp theo đến 2035 với năm nhiệm vụ mới.

Trong khi đó, Giáo sư, Tiến sĩ Vũ Ngọc Tước đã giới thiệu mô hình Chicago Quantum Exchange (CQE) tại Mỹ, một ví dụ điển hình về sự kết hợp giữa học thuật, công nghiệp và chính phủ. 

CQE bao gồm các trường đại học, phòng thí nghiệm quốc gia (National Lab) và các đối tác doanh nghiệp, từ các hãng phần mềm, phần cứng, kiểm toán, tài chính đến các hãng khởi nghiệp. 

Điểm nổi bật của mô hình này là khả năng tích hợp hệ sinh thái, cơ sở hạ tầng chuyên biệt được sử dụng chung, và chiến lược tập trung vào đào tạo nguồn nhân lực có hoặc không cấp bằng, kèm theo các chương trình fellowship và internship. 

Đặc biệt, Mỹ rất linh hoạt trong việc "bẻ lái" hướng nghiên cứu (tức bỏ các hướng không đạt kỳ vọng và chuyển hướng nhanh chóng) và sẵn sàng hợp tác toàn cầu một cách cởi mở, không sợ bị vượt qua.

Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Thế Toàn, Trưởng khoa Vật lý (Đại học Khoa học Tự nhiên) chia sẻ về mô hình của Nga, mang tính chất Nhà nước chỉ đạo và phân công trách nhiệm rõ ràng. 

“Nga đã đưa công nghệ lượng tử vào lộ trình phát triển kinh tế số từ năm 2019, tập trung vào bốn lĩnh vực: Điện toán lượng tử, truyền thông lượng tử, đo lường và cảm biến lượng tử và công nghệ hỗ trợ. Nga cũng thành lập Phòng thí nghiệm Lượng tử Quốc gia (National Quantum Laboratory) như một consortium nhà nước và Trung tâm Chế tạo Quốc gia, mua bảy máy lượng tử về để mọi nơi cùng làm”, Giáo sư Toàn chia sẻ. 

Họ cũng phát triển bộ xử lý lượng tử trên cả bốn nền tảng chính (mạch siêu dẫn, bẫy ion, nguyên tử trung hòa, quang tử) vì chưa công nghệ nào thắng công nghệ nào. 

Điểm mạnh của Nga là nền tảng khoa học cơ bản rất vững chắc, chiến lược quốc gia được chỉ đạo thống nhất và quyết tâm xây dựng một thương hiệu quốc gia. Hiệu ứng cộng hưởng công-tư cũng tạo ra thị trường riêng trong nước. 

Tuy nhiên, Nga cũng đối mặt với khó khăn về tài trợ, nguồn lực, các biện pháp trừng phạt, kiểm soát nhập khẩu công nghệ cao, và bài toán chảy máu chất xám.

Thách thức và cơ hội cho Việt Nam 

Việt Nam đang ở giai đoạn đầu của hành trình phát triển công nghệ lượng tử. Dù đã có những nhóm nghiên cứu ban đầu như tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Toán học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Bách Khoa…, nhưng các nhóm này còn đơn lẻ, mỗi đơn vị thường chỉ có một hoặc hai người, thiếu sự kết nối và cơ sở vật chất. 

Một thách thức lớn là việc thiếu nguồn nhân lực trình độ cao. Ngoài ra, Việt Nam còn bị hạn chế tiếp cận một số công nghệ cao và máy tính lượng tử từ các nước như Hoa Kỳ do các chính sách .

Tuy nhiên, Việt Nam có những cơ hội nhất định mà sự hợp tác quốc tế là chìa khóa.

Tiến sĩ Nguyễn Văn Duy, Trường Công nghệ Thông tin, Đại học Phenikaa đề xuất một khung hợp tác cụ thể với Nhật Bản, dựa trên lợi thế của Nhật về khoa học cơ bản (như giáo sư Nakamura là người đầu tiên chế tạo qubit siêu dẫn) và các chương trình quốc gia. 

Nhật Bản gần đây cũng đã phối hợp chế tạo máy tính lượng tử siêu dẫn đầu tiên, cho phép các cơ sở đào tạo trong nước có thể truy cập. 

Bên cạnh đó, Việt Nam và Nhật Bản đã có tuyên bố chung về hợp tác công nghệ cao vào tháng 5, trong đó có lượng tử đây là tiền đề lớn giúp Việt Nam dần tiếp cận công nghệ này. 

Đề xuất được ông Duy đưa ra bao gồm việc đào tạo 150 nghiên cứu sinh tiến sĩ trong 5 năm cho các trung tâm lượng tử quốc gia thông qua một chương trình học bổng riêng biệt như Quantum Talent của Singapore. 

Đồng thời, phối hợp mở các ngành đào tạo sau đại học về công nghệ lượng tử tại Việt Nam và tổ chức các dự án nghiên cứu chung, hội nghị, trường hè với các đại học lớn như Tokyo, Tohoku.

Ngoài ra, Nga cũng là một đối tác tiềm năng do họ cần người và muốn mở rộng hợp tác. Với thế mạnh về khoa học cơ bản và quyết tâm chính trị cao, Nga có thể cung cấp kênh hợp tác về nghiên cứu cũng như đào tạo.

Cuối cùng là các mô hình Hub-and-Spoke của Anh và Mỹ là bài học quý giá cho Việt Nam trong việc xây dựng hệ sinh thái lượng tử quốc gia, với sự tham gia của học thuật, công nghiệp và chính phủ. Đặc biệt, việc tiếp cận từ xa các phòng thí nghiệm và nguồn tài nguyên nghiên cứu của các nước này có thể giúp Việt Nam tận dụng được năng lực làm lý thuyết và phần mềm.

Buổi trò chuyện, nhiều câu hỏi được các chuyên gia đặt ra và thảo luận, trong đó liên quan đến việc ứng dụng của công nghệ cảm biến lượng tử tại Việt Nam. 

Ông Nguyễn Quốc Hưng giải thích rằng, cảm biến lượng tử thuộc loại công nghệ lai (hybrid), sử dụng lõi lượng tử (ví dụ: các cảm biến từ, các cảm biến về khối lượng, về điện tích) nhưng sau đó vẫn phải bắc cầu vào trong một máy cổ điển nào đó để đọc nó ra.

Một vị chuyên gia từ Viện Công nghệ Mật mã bổ sung thêm rằng, ứng dụng của cảm biến lượng tử rất rộng lớn, từ đồng hồ lượng tử cho việc định thời gian chính xác trong hệ lượng tử, đến phát hiện các vật thể có khả năng chống tàng hình trong quân sự bằng cách tận dụng cơ chế vướng víu lượng tử của photon, hay ứng dụng trong các vấn đề về đo lường (như xuyên hầm) vốn rất nhạy. 

Giáo sư Vũ Ngọc Tước cũng nhấn mạnh rằng cảm biến lượng tử có thể được sử dụng trong y tế, quốc phòng an ninh, hàng hải (navigation), vật lý cơ bản, địa vật lý (geophysics) để giám sát và trong sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao.

Về mối quan hệ giữa vật liệu nano và công nghệ lượng tử, ông Nguyễn Quốc Hưng cho biết, công nghệ nano được dùng để chế tạo phần cứng trong công nghệ siêu dẫn, bán dẫn, quang tử và bẫy ion để càng ngày các qubit càng chính xác hơn. 

Tuy nhiên, công nghệ lượng tử ở thời điểm hiện tại đòi hỏi phải thao tác trên từng đối tượng lượng tử đơn lẻ. Điều kiện để làm được như vậy rất khắc nghiệt, ví dụ như cần nhiệt độ rất thấp cho siêu dẫn (khoảng 3 millikelvin hoặc 10 millikelvin). Ngoài ra, để tính toán được, hàng triệu qubit cần phải rối với nhau, điều này là một thách thức rất lớn.

Giáo sư Vũ Ngọc Tước làm rõ thêm rằng, vật liệu nano ở kích cỡ nano (từ 5-10 nanomet đến 200-500 nanomet), trong khi vật liệu lượng tử ở kích cỡ nhỏ hơn hẳn, tức là 0.1 nanomet (bé hơn nano 100 lần). Việc bẫy được các trạng thái lượng tử riêng biệt (như nguyên tử siêu lạnh hoặc siêu dẫn ở nhiệt độ rất thấp) là điều cần thiết để tạo ra các qubit. 

Một qubit đơn lẻ đã rất tốn kém để vận hành. Do đó, việc tập trung vào lý thuyết và phần mềm, đồng thời tiếp cận các hệ thống lai (hybrid) là hướng đi hợp lý cho Việt Nam, tận dụng năng lực về lý thuyết và phần mềm của mình. 

Giáo sư Tước cũng phân biệt: Vật liệu cổ điển theo cơ học Newton, vật liệu lượng tử hoàn toàn lượng tử, còn vật liệu nano nằm ở giữa, có thể thể hiện hiệu ứng lượng tử nổi trội hoặc hiệu ứng lai.

Buổi Quantum Talk đã cung cấp một cái nhìn toàn diện về tiềm năng của công nghệ lượng tử và lộ trình phát triển cho Việt Nam. 

Dù còn nhiều thách thức về nguồn lực, cơ sở hạ tầng và nhân tài, Việt Nam có thể học hỏi từ các mô hình thành công trên thế giới và đẩy mạnh hợp tác quốc tế. 

Việc xây dựng một chiến lược quốc gia cụ thể, tập trung vào các lĩnh vực ưu tiên, phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao và tạo ra một hệ sinh thái nghiên cứu - ứng dụng linh hoạt sẽ là chìa khóa để Việt Nam có thể nắm bắt được kỷ nguyên lượng tử và đạt được vị thế dẫn đầu trong khu vực.