8 cách công nghệ lượng tử có thể thay đổi thế giới

Công nghệ lượng tử (quantum computing) từ lâu chỉ tồn tại trong lý thuyết, nhưng giờ đây nó đang bước vào một kỷ nguyên mới của các thử nghiệm thực tiễn và tham vọng thương mại. Các gã khổng lồ công nghệ, chính phủ và các startup đang đầu tư nguồn lực đáng kể để khai phá tiềm năng thương mại của công nghệ này.

Những nhóm này không chỉ tập trung vào khía cạnh khoa học mà còn hướng tới việc khám phá các cơ hội ứng dụng thực tiễn trong kinh doanh. Dưới đây là 8 cách mà công nghệ lượng tử, vốn từng là một khái niệm hàn lâm, có thể tái định hình các lĩnh vực then chốt của nền kinh tế toàn cầu, từ dược phẩm đến tài chính.

Việc nghiên cứu và phát triển thuốc mới là một quá trình tốn kém và chậm chạp, thường kéo dài hơn một thập kỷ và tiêu tốn hàng tỷ USD. Công nghệ lượng tử có thể thay đổi điều này bằng cách mô phỏng hành vi của các phân tử ở cấp độ lượng tử – một nhiệm vụ mà các máy tính truyền thống không thể thực hiện chính xác. Điều này cho phép các công ty dược phẩm thử nghiệm hàng ngàn hợp chất một cách ảo hóa, giúp xác định các ứng viên tiềm năng nhanh hơn và với chi phí thấp hơn.

Các công ty như Roche và Pfizer đã bắt đầu khám phá các công cụ lượng tử để đẩy nhanh quy trình nghiên cứu và phát triển, đồng thời phản ứng nhanh hơn trước các mối đe dọa sức khỏe mới.

Thế giới tài chính phụ thuộc vào xác suất, từ dự đoán rủi ro, tối ưu hóa danh mục đầu tư đến phát hiện gian lận. Máy tính lượng tử đặc biệt xuất sắc trong việc giải quyết các bài toán tối ưu hóa phức tạp, chẳng hạn như điều chỉnh danh mục đầu tư theo thời gian thực hay mô phỏng rủi ro tài chính dựa trên nhiều yếu tố khác nhau.

Các ngân hàng lớn đang đầu tư vào nghiên cứu lượng tử để khám phá mọi thứ, từ chiến lược giao dịch thời gian thực đến hệ thống phát hiện gian lận, vốn có thể nhận diện những bất thường tinh vi nhanh hơn các mô hình AI hiện tại.

AI và công nghệ lượng tử đang giao thoa theo những cách mang tính đột phá. Máy tính truyền thống gặp khó khăn khi huấn luyện các mô hình học máy lớn, đặc biệt là những mô hình liên quan đến khối lượng dữ liệu khổng lồ và các biến đa chiều – tức là dữ liệu có nhiều thuộc tính, kích thước hoặc đặc điểm. Học máy lượng tử (Quantum Machine Learning - QML) có thể đẩy nhanh các tác vụ này bằng cách xử lý thông tin theo những cách phức tạp hơn.

Dù QML vẫn đang trong giai đoạn sơ khai, các công ty đã bắt đầu thử nghiệm các hệ thống kết hợp giữa máy tính truyền thống và lượng tử. Những hệ thống này hoạt động hài hòa, cải thiện khả năng nhận diện mẫu, giảm thời gian huấn luyện và tạo ra các công cụ AI thông minh hơn với ít dữ liệu hơn.

Chuỗi cung ứng có thể khó quản lý do các vấn đề như chậm trễ, biến động nhu cầu và sự kém hiệu quả trong các tuyến đường vận chuyển, dẫn đến chi phí lớn cho doanh nghiệp. Khả năng xử lý đồng thời khối lượng dữ liệu khổng lồ của công nghệ lượng tử khiến nó trở nên lý tưởng cho việc tối ưu hóa logistics, từ lập kế hoạch tuyến đường giao hàng đến quản lý hàng tồn kho theo thời gian thực.

Các nhà bán lẻ và công ty logistics đã bắt đầu thử nghiệm các kịch bản mà hệ thống lượng tử có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu, rút ngắn thời gian giao hàng và cải thiện dự báo nhu cầu – quá trình dự đoán lượng sản phẩm hoặc dịch vụ mà khách hàng sẽ cần trong tương lai – trên các mạng lưới cung ứng toàn cầu.

Ở cấp độ nguyên tử, việc tạo ra các vật liệu tốt hơn đòi hỏi phải hiểu được cách các electron tương tác – cụ thể là cách chúng di chuyển và ảnh hưởng lẫn nhau trong các nguyên tử và phân tử. Nhiệm vụ này phức tạp đến mức vượt quá giới hạn của các siêu máy tính hiện nay, vốn là những cỗ máy tính mạnh mẽ được thiết kế để thực hiện các phép tính phức tạp và xử lý lượng dữ liệu lớn với tốc độ cao.

Các mô phỏng lượng tử có thể xử lý độ phức tạp này và mô phỏng các hành vi này hiệu quả hơn, giúp các nhà nghiên cứu thiết kế các hợp kim nhẹ hơn cho máy bay, vật liệu công nghiệp bền hơn hoặc hóa học pin hiệu quả hơn.  

Ví dụ, NASA và các công ty năng lượng hàng đầu đang đầu tư vào các hệ thống lượng tử – bao gồm phần cứng và phần mềm được thiết kế để chạy các thuật toán lượng tử – để khám phá các vật liệu mới có thể giảm khí thải hoặc nâng cao hiệu suất trong các môi trường khắc nghiệt.

Điều trớ trêu là công nghệ lượng tử vừa là mối đe dọa lớn nhất đối với an ninh dữ liệu, vừa là một trong những giải pháp bảo vệ tốt nhất. Các máy tính lượng tử mạnh mẽ trong tương lai có thể phá vỡ các phương pháp mã hóa phổ biến như RSA, vốn được sử dụng rộng rãi từ bảo mật email đến bảo vệ tiền điện tử.

Để chuẩn bị cho kịch bản này, các chuyên gia đang phát triển các phương pháp mã hóa an toàn trước lượng tử – tức là các thuật toán được thiết kế để vẫn an toàn ngay cả khi bị tấn công bởi máy tính lượng tử. Các công ty công nghệ và nhà cung cấp an ninh mạng đang nỗ lực thử nghiệm và triển khai các tiêu chuẩn mới này trước khi các hệ thống lượng tử quy mô lớn ra đời.

Việc mô phỏng các hệ thống khí hậu phức tạp hoặc dự đoán nhu cầu năng lượng trong tương lai đòi hỏi phải xử lý một số lượng lớn các yếu tố. Các hệ thống lượng tử có thể mô phỏng những tương tác này hiệu quả hơn nhiều so với các mô hình truyền thống, giúp các nhà khoa học và nhà hoạch định chính sách hiểu rõ hơn và có khả năng giải quyết một số thách thức môi trường cấp bách nhất.

Công nghệ lượng tử có thể tối ưu hóa lưới điện, mô phỏng các chiến lược thu giữ carbon hoặc xác định cách triển khai năng lượng tái tạo hiệu quả nhất cho một khu vực cụ thể.

Radar lượng tử, truyền thông vệ tinh an toàn và các mô phỏng chiến trường phức tạp là những ví dụ về cách các cơ quan quốc phòng nhìn nhận công nghệ lượng tử như một cách để giành lợi thế công nghệ.

Radar lượng tử, chẳng hạn, có thể phát hiện máy bay tàng hình bằng cách sử dụng các cặp hạt lượng tử liên kết – tức là các cặp hạt được kết nối theo cách cho phép chúng phát hiện các vật thể ẩn mà radar truyền thống có thể bỏ sót. Mã hóa dựa trên lượng tử cũng có thể khiến các liên lạc quân sự khó bị chặn hoặc phá hơn.

Các cơ quan từ Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đến NATO đang tài trợ nghiên cứu về những khả năng này, nhận thức được những lợi ích chiến lược tiềm tàng mà công nghệ lượng tử có thể mang lại.

Theo trang Quartz, công nghệ lượng tử không còn là một khái niệm xa vời mà đang nhanh chóng trở thành hiện thực với tiềm năng định hình lại nhiều ngành công nghiệp. Dù vẫn còn trong giai đoạn đầu, sự đầu tư mạnh mẽ từ các công ty và chính phủ cho thấy công nghệ lượng tử đang trên đà thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta chỉ mới bắt đầu hình dung.