Công nghệ lượng tử có thể tạo nên những thay đổi gì?

Khái niệm về vật lý lượng tử giúp miêu tả thế giới ở cấp độ nguyên tử được hình thành từ đầu thế kỷ 20. Khi đó, hai nhà vật lý tài năng nhất là Niels Bohr và Albert Einstein là những người dẫn đầu trong cuộc nghiên cứu và sớm hoàn thiện lý thuyết lượng tử, dù đa phần trong số này các nhà khoa học về sau phải mất nhiều năm mới hiểu được.

Công nghệ lượng tử có mặt trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống hiện đại Ảnh: AFP

Kể từ đó, vật lý lượng tử đã có những tác động to lớn lên xã hội loài người. Công nghệ lượng tử chính là ngành khoa học khai thác sức mạnh của vật lý lượng tử để mang lại ứng dụng vào thực tiễn. Theo Hội đồng Nghiên cứu Khoa học vật lý và Kỹ thuật Anh (EPSRC), rất nhiều công nghệ ngày nay như micro chip, thiết bị hình ảnh thể rắn, laser, bóng bán dẫn… được sinh ra nhờ vật lý lượng tử.

Tuy nhiên, không giống với các khái niệm được nhắc đến thường xuyên hiện nay như trí tuệ nhân tạo (AI), internet kết nối vạn vật (IoT), blockchain…, công nghệ lượng tử vẫn là điều được ít người biết đến và không thực sự nắm rõ những ứng dụng của ngành trong cuộc sống hiện đại.

“Màn hình chấm lượng tử” có lẽ là khái niệm đề cập đến nhiều nhất vài năm gần đây khi các nhà sản xuất màn hình hàng đầu thế giới liên tục giới thiệu về công nghệ giúp cải thiện hình ảnh, tái thể hiện chất lượng màu sắc ở mức chân thực nhất. Nhưng khi nói tới công nghệ lượng tử, các quốc gia cũng như tập đoàn công nghệ lớn trên thế giới đang tập trung vào thứ khác: máy tính lượng tử.

Mỹ - cường quốc hàng đầu thế giới đang đổ khoảng 200 triệu USD mỗi năm (báo cáo 2016), dự kiến còn tăng lên gấp nhiều lần. Trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển máy tính lượng tử, Microsoft và IBM đang là những doanh nghiệp đi đầu. Cuộc đua máy tính lượng tử không chỉ để chứng minh sức mạnh của một siêu thiết bị vượt qua giới hạn các siêu máy tính hiện nay, mà thực sự nhắm tới khả năng mã hóa. Máy tính lượng tử có khả năng xử lý và tạo ra những mã hóa không thể bị phá vỡ.

CEO Brian Krzanich của Intel nói về máy tính lượng tử tại CES 2018 Ảnh: AFP/Getty Images

Theo Business Insider, IBM đã giới thiệu máy tính 50-qubit (bit lượng tử) trong môi trường phòng thí nghiệm, trong khi Google và NASA (Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ) cũng chạy thử nghiệm máy tính lượng tử riêng, nhưng tất cả đều chưa có bản thương mại. Thậm chí, khả năng tiếp cận một chiếc máy tính lượng tử hữu dụng như kỳ vọng vẫn chưa từng đạt được. Máy tính của IBM giới thiệu chỉ duy trì trạng thái lượng tử được trong 90 micro giây. Dù là một kỷ lục tại thời điểm trình diễn, kết quả này vẫn còn quá xa để có thể mang tới những hoạt động có ích hơn.

Cảm biến cũng là một lĩnh vực đầy hứa hẹn khi ứng dụng công nghệ lượng tử. Độ nhạy của trạng thái lượng tử có thể được khai thác, phục vụ cho các loại cảm biến nhờ khả năng phát hiện ánh sáng, trọng lực và từ trường. Nhờ đó, loài người có thể “thấy” được những điều trước đây chưa từng. Ví dụ, các nhà quan trắc có thể nhận biết được mối nguy từ lòng đất bằng cách đo đạc trọng lực, hay xe hơi “cảm nhận” được người đi bộ, người đạp xe đang ở những góc khuất trên đường hay bị che bởi sương mù…

Cảm biến trên máy ảnh hiện đại cũng là một ứng dụng phổ biến của công nghệ lượng tử.

Như đã đề cập phía trên, mật mã lượng tử với khả năng bảo mật được xem là tuyệt đối đang là một trong những ứng dụng thực tiễn mà các nhà khoa học nhắm tới. Mật mã lượng tử cho phép bảo mật thông tin truyền đi bằng truyền thông quang, giúp thông tin bảo mật tuyệt đối.

Bằng phương pháp mã hóa truyền thống, chỉ cần một máy tính đủ mạnh hay tin tặc trình độ “thượng thừa”, nội dung bảo mật sẽ bị phơi bày. Nhưng bằng công nghệ lượng tử, nội dung mã hóa sẽ khóa chặt với tất cả các đối tượng ngoại trừ bên nhận được xác thực.

“Mã hóa truyền thống có một vấn đề hiện hữu là nội dung sẽ được lưu trữ cho tới khi bị giải mã thành công. Nhưng giao thức mã hóa lượng tử thì không thể bị phá vỡ. Không ai có thể đọc dữ liệu lượng tử mà không gây tác động để thay đổi và cũng không thể lưu lại rồi tìm cách giải mã về sau”, Trưởng phòng nghiên cứu về tấn công lượng tử của Đại học Waterloo nói.

Nói cách khác, muốn “nhòm ngó” được các nội dung này (trong giả thiết giải mã được) thì đều để lại dấu vết và công nghệ lượng tử có thể cho bên nhận biết liệu nội dung bảo mật có an toàn hay không thông qua những gì được lưu lại.