Máy tính lượng tử - công nghệ nắm giữ tương lai

Siêu máy tính mới của tương lai

Máy tính lượng tử là công nghệ của tương lai và dự kiến ​​sẽ nhanh hơn hàng triệu lần so với thiết bị con người đang sử dụng. Những cường quốc như Mỹ, Trung Quốc và một số nước châu Âu đều đang đẩy mạnh đầu tư phát triển máy tính lượng tử. Cụ thể, Kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội 5 năm lần thứ 14 (2021 - 2025) của Trung Quốc đã thể hiện rõ tham vọng dẫn đầu và làm chủ công nghệ lượng tử. Nội dung của kế hoạch gồm “các dự án khoa học và công nghệ quốc gia, tập trung vào các lĩnh vực trọng tâm, trong đó có công nghệ thông tin lượng tử”.

Bộ Quốc phòng Mỹ gần đây công bố chiến lược từng bước nhằm tạo ra mạng internet lượng tử hoàn chỉnh. Trong khi đó tại châu Âu, Liên minh Internet lượng tử đã được thành lập từ năm 2018, cũng với mục tiêu xây dựng một mạng lượng tử quy mô lớn. Liên minh châu Âu (EU) còn lên kế hoạch xây dựng máy tính lượng tử đầu tiên của khối vào năm 2025.

Ở cấp độ công ty, gần đây nhất, Google đã nghiên cứu và thực hiện được những phép tính chỉ vào khoảng 200 giây mà siêu máy tính Fugaku thế hệ thứ 56, siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay, cần tới 10.000 năm mới giải được. Thực tế, theo Insider, một số ông lớn công nghệ đã và đang đầu tư rất nhiều vào lĩnh vực này. Phần mềm điện toán đám mây Azure của Microsoft từng phát hành các công cụ lượng tử cũng như các nền tảng đám mây tương ứng của Google và Amazon.

Ngoài ra, Hãng truyền thông AT&T của Mỹ hợp tác với Viện Công nghệ California để thành lập Liên minh Công nghệ lượng tử (AQT) với mục tiêu kéo chính phủ, giới học thuật và doanh nghiệp lại với nhau để tăng tốc độ phát triển công nghệ lượng tử và các ứng dụng thực tế mới nổi. Trong khi đó, nhiều công ty khởi nghiệp cũng tập trung vào các dự án lượng tử.

Ngày nay, điện thoại của con người thậm chí còn mạnh hơn hàng triệu lần so với máy tính của tàu Apollo 11 đã hạ cánh trên mặt trăng. Các chuyên gia công nghệ đang khám phá sức mạnh của máy tính lượng tử nhanh hơn 100 triệu lần so với bất kỳ máy tính cổ điển nào. Về mặt lý thuyết, nó có thể giải quyết các vấn đề tính toán được coi là không thể ngày nay. Sự hấp dẫn của máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ giúp trả lời nhanh chóng những câu hỏi khó mà máy tính hiện nay phải mất hàng thập kỷ mới giải được.

Thực sự, điện toán lượng tử nay đã phát triển thành công cụ nắm giữ tương lai của nhiều ngành công nghiệp. Chẳng hạn trong y học, máy tính lượng tử có thể xác định trình tự DNA nhanh chóng, từ đó mở ra khả năng bào chế thuốc cho từng cá nhân. Ngoài ra, nó còn giúp con người giải mã nhiều bí ẩn về sinh học và quá trình tiến hóa, chữa bệnh ung thư, thậm chí thực hiện các bước để đảo ngược biến đổi khí hậu. Thị trường điện toán lượng tử được dự báo sẽ đạt giá trị 64,98 tỷ USD vào năm 2030, so với chỉ 507,1 triệu USD năm 2019.

Theo Giám đốc điều hành công ty khởi nghiệp lượng tử IonQ của Mỹ, ông Peter Chapman, sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính thông thường thậm chí còn lớn hơn nhiều so với máy tính cổ điển và giấy bút. Nguyên do là máy tính lượng tử xử lý thông tin theo cách khác và được kỳ vọng có thể giải quyết những thách thức lớn nhất của nhân loại. Ở máy tính thông thường, dữ liệu được mã hóa thành số nhị phân (bit) và gán cho 2 giá trị Tắt và Mở, tương ứng là 0 và 1. Nó chỉ có thể nhận được 1 trong 2 giá trị 0 hoặc 1. Trong khi đó, máy tính lượng tử cho phép các hạt hạ nguyên tử tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái, trong khoảng từ 0 tới 1, hoặc cả hai cùng lúc. Do đó, các bit lượng tử, hay “qubit”, có thể xử lý lượng thông tin nhanh hơn nhiều so với máy tính thông thường.

Lợi ích lớn đi cùng rủi ro cao

Mặc dù sức mạnh tính toán chưa từng có của máy tính lượng tử được sử dụng cho mục đích tốt, nhưng nhiều nhà nghiên cứu vẫn lo sợ đây là “con dao hai lưỡi” vì nó có thể gây ra mối đe dọa tiềm tàng đối với cơ sở hạ tầng truyền thông hiện đại. Máy tính lượng tử được dự đoán có thể tạo ra khối lượng tính toán rất nhanh nên chúng cũng có khả năng phá vỡ tất cả mật mã bảo vệ dữ liệu ngày nay.

Theo Capacitymedia, mặc dù EU mong muốn sản xuất máy tính lượng tử đầu tiên vào năm 2025, song liên minh lá cờ xanh vẫn đặc biệt lo lắng về quyền riêng tư dữ liệu. Nhiều báo cáo trong khối cho biết, ngày nay, dữ liệu được sản xuất ở châu Âu thường được lưu trữ và xử lý bên ngoài châu Âu. Hầu hết dữ liệu về công dân EU đều do các công ty Mỹ quản lý. Mặc dù các doanh nghiệp khai thác dữ liệu giữ quyền lựa chọn tự do về vấn đề này, nhưng đây cũng chính là lý do có thể đưa đến những rủi ro về an ninh mạng, lỗ hổng cung cấp, khả năng chuyển đổi cũng như quyền truy cập bất hợp pháp vào dữ liệu của các nước thứ ba.

Trong cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4, mọi dữ liệu đều được gửi qua mạng, vì vậy không chỉ tài khoản ngân hàng có thể gặp rủi ro mà mọi vấn đề trong cuộc sống, từ thông tin cá nhân đến bí mật quốc gia... đều có thể bị ảnh hưởng. Nguy cơ từ máy tính lượng tử sẽ diễn ra ở quy mô lớn hơn nhiều so với các vi phạm dữ liệu, ảnh hưởng đến vô số người dân tại nhiều quốc gia. Chẳng hạn, giả sử một người đăng nhập tài khoản tài chính với mật khẩu xếp vào loại mạnh và đang sử dụng xác thực hai yếu tố (2FA), nhưng một ngày họ đăng nhập vào tài khoản và thấy trống không. Tiền tiết kiệm đã bay mất do một hacker sử dụng máy tính lượng tử để vượt qua tất cả các biện pháp bảo vệ và lấy hết số tiền đó.

Cách mạng trong bảo mật số

Khi các kỹ sư chạy đua để phát triển máy tính lượng tử, các chuyên gia an ninh mạng cũng cần tham gia ngay vào cuộc đua để tìm ra hình thức mật mã mới có thể bảo vệ chống lại các vụ tấn công an ninh lượng tử. Điều này được gọi là “mã hóa hậu lượng tử” PQC (post-quantum cryptography).

Tại Mỹ, Quốc hội đưa ra các yêu cầu đối với Bộ Quốc phòng để nắm bắt nhu cầu công nghệ lượng tử trong Luật Ủy quyền quốc phòng quốc gia (NDAA). Trong khi đó, Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Mỹ (NIST) tiếp tục có bước tiến lớn trong việc chuẩn hóa giải pháp PQC cho các cuộc tấn công máy tính lượng tử trong tương lai. Trong vòng một năm kể từ 22.7.2020, NIST sẽ chọn những dự án PQC để tăng tính bảo mật trong tương lai, từ đó hệ thống mật mã mới sẽ ra đời và ngừng sử dụng các hệ thống bảo mật hiện có.

Nhiều nhà phân tích cho rằng, do phần lớn người dân không nhận thức được rủi ro tiềm ẩn tới từ máy tính lượng tử, nên các nhà hoạch định chính sách phải đón nhận thực tiễn và tiên phong trong việc bảo mật để đất nước tránh được những mối đe dọa tấn công an ninh sớm. Các nhánh lập pháp, hành pháp và các cơ quan, tổ chức đều phải nghiêm túc nghiên cứu những ảnh hưởng không mong muốn mà máy tính lượng tử có thể gây ra để ngăn chặn tận gốc viễn cảnh tiêu cực. Bởi nếu máy tính lượng tử bị kẻ xấu lợi dụng cho những âm mưu không tốt thì có thể gây ra hậu quả khôn lường khi hệ thống bảo mật bị xuyên thủng.