Không đơn thuần chỉ là một sự nâng cấp về tốc độ xử lý dữ liệu, máy tính lượng tử mang trong mình sức mạnh có thể giải quyết những bài toán mà nhân loại từng coi là bất khả thi trong hàng thiên niên kỷ. Tuy nhiên, đi kèm với thứ "vũ khí trí tuệ tối thượng" này là những rủi ro an ninh mạng tiềm ẩn mang tính lật đổ. Vậy công nghệ lượng tử thực chất là gì, nhân loại đã tiến xa đến đâu, và đâu là lằn ranh giữa cơ hội và thách thức trong "cuộc chơi" của các cường quốc?

Cuộc đua công nghệ lượng tử (ảnh minh họa do AI tạo ra)

Bản chất của công nghệ lượng tử

Để hiểu được mức độ vĩ đại của công nghệ lượng tử, chúng ta cần gác lại những tư duy máy tính thông thường. Máy tính cổ điển mà chúng ta đang sử dụng hàng ngày, từ chiếc điện thoại thông minh cho đến những siêu máy tính mạnh nhất thế giới, đều xử lý thông tin dựa trên các "bit". Mỗi bit hoạt động như một công tắc bóng đèn, chỉ có thể tồn tại ở một trong hai trạng thái: bật (1) hoặc tắt (0).

Tuy nhiên, máy tính lượng tử lại vận hành dựa trên các nguyên lý kỳ lạ của cơ học lượng tử ở cấp độ hạ nguyên tử, sử dụng đơn vị cơ bản gọi là qubit (quantum bit). Khác với bit, nhờ đặc tính chồng chập lượng tử (Superposition), một qubit có thể biểu diễn trạng thái 0, trạng thái 1, hoặc cả hai trạng thái cùng một lúc. Hãy tưởng tượng một đồng xu: nếu bit là đồng xu đang nằm im trên mặt bàn ngửa hoặc sấp, thì qubit là đồng xu đang xoay tít trên không trung — nó mang xác suất của cả mặt ngửa và mặt sấp cho đến khi bị buộc phải dừng lại.

Thêm vào đó, tính chất rối lượng tử (Entanglement) cho phép các qubit liên kết chặt chẽ với nhau bất chấp khoảng cách vật lý. Nếu bạn thay đổi trạng thái của một qubit, qubit "bị rối" với nó cũng sẽ lập tức thay đổi theo. Sự kết hợp giữa chồng chập và rối lượng tử giúp sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử tăng lên theo cấp số nhân với mỗi qubit được thêm vào, cho phép chúng xử lý đồng thời hàng triệu kịch bản song song thay vì phải thử lần lượt từng cái một.

Chúng ta đang ở giai đoạn nào của kỷ nguyên lượng tử?

Hiện tại, thế giới đang ở trong cái gọi là kỷ nguyên NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) - kỷ nguyên của những hệ thống lượng tử quy mô trung bình và còn nhiều nhiễu. Dù đã có những cột mốc chấn động, điển hình như việc Google tuyên bố đạt được "ưu thế lượng tử" vào năm 2019 khi hoàn thành một phép tính trong 200 giây (mà siêu máy tính mạnh nhất lúc bấy giờ phải mất 10.000 năm), công nghệ này vẫn chưa hoàn toàn trưởng thành. Các qubit cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường (nhiệt độ, từ trường) và rất dễ mất trạng thái lượng tử. Để hoạt động, lõi của máy tính lượng tử thường phải được duy trì ở nhiệt độ âm 273 độ C, lạnh hơn cả không gian sâu thẳm của vũ trụ.

Dù vậy, khoa học đang từng bước vượt qua những rào cản vật lý này. Dòng tiền đầu tư trên thế giới đã bắt đầu dịch chuyển mạnh mẽ từ phòng thí nghiệm ra thị trường. Trong những năm gần đây, chúng ta chứng kiến hàng loạt công ty máy tính lượng tử như Infleqtion, Horizon Quantum hay Xanadu liên tiếp tiến hành thương mại hóa và niêm yết trên các sàn chứng khoán quốc tế. Công nghệ này đang từng bước chuyển mình từ một dự án nghiên cứu thành một ngành công nghiệp trị giá hàng tỷ USD.

Những cường quốc và "gã khổng lồ" công nghệ nắm giữ cuộc chơi

Nhận thức được rằng ai làm chủ công nghệ lượng tử sẽ làm chủ thế kỷ 21, một cuộc "Chiến tranh lạnh lượng tử" đang âm thầm diễn ra. Mỹ và Trung Quốc là hai siêu cường dẫn đầu. Mỹ sở hữu sức mạnh từ khối tư nhân và hệ sinh thái công nghệ đa dạng, trong khi Trung Quốc đầu tư hàng chục tỷ USD từ ngân sách nhà nước vào các trung tâm nghiên cứu quốc gia, đặc biệt là trong lĩnh vực liên lạc và radar lượng tử. Ngay phía sau là châu Âu, Vương quốc Anh, Canada, Úc và Nhật Bản, những khu vực liên tục bơm ngân sách vào các sáng kiến lượng tử tầm cỡ khu vực.

Trên thương trường, những gã khổng lồ công nghệ đang nắm giữ các đặc quyền cốt lõi. IBM và Google là hai cái tên tiên phong phát triển phần cứng lượng tử dựa trên vi mạch siêu dẫn. IBM hiện đã phát triển các hệ thống vượt ngưỡng hàng ngàn qubit và đang liên tục tìm cách giảm thiểu tỉ lệ lỗi. Trong khi đó, Microsoft và Amazon tiếp cận bằng cách cung cấp quyền truy cập máy tính lượng tử thông qua nền tảng điện toán đám mây (Azure Quantum, AWS Braket). Các công ty chuyên biệt như D-Wave (nổi tiếng với công nghệ ủ lượng tử), Quantinuum, và Xanadu cũng đang nắm giữ những bằng sáng chế công nghệ lõi mang tính định hình.

Đánh giá về quy mô và tác động của công nghệ này, Dr. John Preskill, Giáo sư Vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ California (Caltech), người từng đặt nền móng cho khái niệm "Tối ưu lượng tử" đã khẳng định: "Công nghệ lượng tử sẽ mở ra những cánh cửa mà ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay cũng phải mất hàng tỷ năm để giải mã. Đây không chỉ là bước tiến công nghệ, đây là sự thay đổi hoàn toàn luật chơi toàn cầu".

Ưu điểm đột phá và chiếc hộp Pandora của kỷ nguyên mới

Sức mạnh của máy tính lượng tử không phải là để chơi game mượt hơn hay lướt web nhanh hơn. Nó được sinh ra để giải quyết những bài toán tối ưu hóa khổng lồ và mô phỏng các hệ thống phân tử siêu phức tạp mà máy tính cổ điển đành "bất lực".

Về mặt ưu điểm, công nghệ lượng tử có thể tạo ra những bước nhảy vọt không tưởng trong y học và dược học. Hiện tại, để điều chế một loại thuốc mới, các nhà khoa học phải mất nhiều năm thử nghiệm phản ứng hóa học giữa các phân tử. Máy tính lượng tử, với khả năng mô phỏng chính xác cấu trúc nguyên tử theo thời gian thực, có thể rút ngắn quá trình tìm ra thuốc chữa ung thư hay các siêu vi khuẩn kháng sinh xuống chỉ còn vài tuần.

Máy tính lượng tử (ảnh: New Scientist)

Bên cạnh đó, vật lý vật liệu cũng sẽ hưởng lợi vô cùng lớn. Nhân loại có thể tìm ra những loại vật liệu nhẹ nhưng bền hơn thép gấp hàng trăm lần, hoặc phát triển các loại pin siêu dung lượng sạc đầy trong vài giây, mở đường cho kỷ nguyên xe điện và năng lượng sạch. Trong lĩnh vực hậu cần và tài chính, các thuật toán lượng tử giúp tối ưu hóa chuỗi cung ứng toàn cầu, giải quyết bài toán giao thông ở các siêu đô thị, hoặc dự đoán biến động thị trường chứng khoán với độ chuẩn xác chưa từng có. Đặc biệt, việc kết hợp Lượng tử và Trí tuệ nhân tạo hứa hẹn sẽ đào tạo nên những mô hình AI có năng lực suy luận vượt xa trí tuệ con người hiện nay.

Mối đe dọa an ninh mạng chưa từng có

Thế nhưng, mọi siêu năng lực đều đi kèm với những mối đe dọa. Khả năng tính toán khổng lồ của máy tính lượng tử vô tình lại là một "chiếc hộp Pandora" đối với hệ thống an ninh mạng toàn cầu.

Hiện nay, hầu như toàn bộ hệ thống bảo mật của thế giới, từ giao dịch ngân hàng, dữ liệu quân sự, thông tin y tế, cho đến các cơ sở hạ tầng thiết yếu, đều được bảo vệ bởi thuật toán mã hóa khóa công khai (như RSA hoặc ECC). Một siêu máy tính truyền thống có thể mất hàng triệu năm để bẻ khóa mật khẩu này bằng phương pháp thử sai. Nhưng với thuật toán Shor chạy trên một máy tính lượng tử đủ mạnh, lớp khiên mã hóa vững chắc này có thể bị xuyên thủng chỉ trong vài giờ.

Các chuyên gia an ninh mạng quốc tế đang lên tiếng cảnh báo mạnh mẽ về chiến thuật "Harvest Now, Decrypt Later" (Thu thập hiện tại, Giải mã sau). Tin tặc hoặc các tổ chức tội phạm xuyên quốc gia có thể đang âm thầm đánh cắp và lưu trữ các khối dữ liệu mã hóa khổng lồ ngay từ bây giờ. Dù hiện tại chưa thể đọc được, họ chỉ cần kiên nhẫn chờ đến khi máy tính lượng tử hoàn thiện để bẻ khóa toàn bộ những bí mật đó. Sự đe dọa này thực sự đã buộc các chính phủ phải gấp rút lao vào một cuộc đua mới: phát triển các hệ thống "Mật mã hậu lượng tử" (Post-Quantum Cryptography) để nâng cấp lớp giáp bảo vệ trước khi quá muộn.

Tầm nhìn phía trước và vị thế của Việt Nam

Công nghệ lượng tử đang dần tái định hình lại bản đồ quyền lực công nghệ của thế giới. Bất kỳ quốc gia nào chậm chân trong việc nắm bắt công nghệ này sẽ phải đối mặt với nguy cơ tụt hậu sâu sắc về cả kinh tế lẫn an ninh quốc phòng. Đối với Việt Nam, dù xuất phát điểm chưa thể cạnh tranh trực tiếp phần cứng với các cường quốc, nhưng việc chuẩn bị từ sớm về nguồn nhân lực, nắm bắt các thuật toán phần mềm và tư duy ứng dụng là bài toán mang tính sống còn.

Nhấn mạnh về chiến lược định hướng phát triển công nghệ lượng tử tại Việt Nam, Giáo sư, Tiến sĩ Trần Hồng Thái, Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đưa ra quan điểm vô cùng thực tế và khẩn thiết: "Không để công nghệ lượng tử chỉ nằm trong phòng thí nghiệm hay trên đề án, phát minh mà phải được đưa vào thực tế, có sản phẩm".

Trong diễn đàn Vietnam Security Summit mới đây, ông Đỗ Ngọc Duy Trác, Tổng giám đốc VinCSS cũng đã ví việc chậm chân trong nghiên cứu lượng tử đồng nghĩa với tự sát. Ông Trác khẳng định sự chuẩn bị kỹ lưỡng từ bây giờ không chỉ là lựa chọn, mà là con đường sống còn để Việt Nam có thể bảo vệ an ninh mạng và duy trì vững chắc chủ quyền công nghệ trong kỷ nguyên mới.

Đăng Khoa

Nguồn: Tạp chí An ninh mạng Việt Nam

Link bài viết: https://tapchianninhmang.vn/ky-nguyen-luong-tu-cuoc-dua-cong-nghe-dinh-hinh-lai-trat-tu-the-gioi 

---/---

* Trung tâm An ninh mạng QTSC

Website: https://cybersec.qtsc.com.vn 

Điện thoại: (84-28) 3715 8888 – Ext 900

Email: cybersec@qtsc.com.vn