Công nghệ lượng tử 2.0

Công nghệ lượng tử không phải là lĩnh vực khoa học mới và không còn xa lạ với công chúng. Cuộc cách mạng lượng tử đầu tiên đã khai sinh ra những công nghệ hiện đại như bóng bán dẫn, laze, cộng hưởng từ hạt nhân, hệ thống định vị toàn cầu, đưa nhân loại bước vào thời đại thông tin. Bước sang thế kỷ 21, làn sóng công nghệ lượng tử thứ hai (2.0) đang đến, dự báo sẽ khai sinh ra một số công nghệ mới nổi như điện toán lượng tử, truyền thông lượng tử và đo lường lượng tử, những công nghệ này sẽ thay đổi và nâng cao đáng kể cách thức, khả năng thu nhận, truyền tải và xử lý thông tin của con người [1].

Trong công nghệ lượng tử, tiêu biểu nhất là truyền thông lượng tử và điện toán lượng tử, đây cũng là những lĩnh vực công nghệ chiến lược mà các cường quốc đang cạnh tranh ảnh hưởng. Ông Tiết Kỳ Khôn, Giáo sư Đại học Thanh Hoa - Trung Quốc nhận xét: “Điện toán lượng tử sẽ cải thiện đáng kể tốc độ xử lý thông tin, truyền thông lượng tử sẽ cải thiện đáng kể an ninh truyền thông, công nghệ cảm biến và đo lường chính xác lượng tử sẽ có nhiều ứng dụng trong thời đại kỹ thuật số tương lai”. Nhà khoa học lượng tử người Mỹ, Fredrik Fatemi cho biết: "Công nghệ lượng tử cực kỳ phức tạp, nhưng việc nghiên cứu nó có thể mang lại lợi nhuận khổng lồ. Liên lạc, điều hướng, định vị, tính toán và phát hiện chiến trường là những chức năng chiến đấu quan trọng mà quân đội cần". Lợi ích tiềm năng của công nghệ lượng tử được chia thành ba loại: điện toán lượng tử, mạng và truyền thông lượng tử, cảm biến và hình ảnh lượng tử.

Điện toán lượng tử đại diện là các máy tính lượng tử có thể lập trình, máy ủ lượng tử và máy mô phỏng lượng tử, có thể mang lại lợi thế tính toán đáng kể so với máy tính cổ điển. Điện toán lượng tử hiệu quả trong một số vấn đề tính toán phức tạp, ví dụ như mô phỏng lượng tử (mô phỏng phân tử trong nghiên cứu hóa học và dược phẩm, phát triển vật liệu mới,...), phân tích thám mã lượng tử (phá vỡ các sơ đồ mã hóa phi đối xứng được sử dụng để mã hóa email, cuộc gọi thoại và video, truyền dữ liệu), tìm kiếm nhanh hơn, giải phương trình tuyến tính hoặc vi phân nhanh hơn, tối ưu hóa lượng tử (tối ưu hóa chuỗi cung ứng, hậu cần, danh mục đầu tư,…). Tuy nhiên trong hàng chục năm nữa, máy tính lượng tử vẫn chưa thể thay thế máy tính hiện nay.

Mạng và truyền thông lượng tử truyền thông tin lượng tử (qubit) qua nhiều kênh khác nhau, chẳng hạn như đường cáp quang hoặc truyền thông trong không gian. Việc sử dụng thực tế nhất các mạng lượng tử thế hệ đầu tiên là Phân phối khóa lượng tử (Quantum Key Distribution - QKD). Một lợi thế đáng kể của QKD so với mã hóa phi đối xứng thông thường là bất kỳ nỗ lực chặn hoặc nghe trộm nào sẽ bị phát hiện lập tức. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng đối với việc truyền thông tin lượng tử được triển khai đúng cách; phía đầu cuối, được điều khiển bởi các máy tính cổ điển, vẫn là mục tiêu của các hoạt động tấn công mạng. Một số ứng dụng thương mại của QKD sẽ được thấy trong vòng 5 năm tới. Mạng lượng tử thế hệ tiếp theo, được gọi là Mạng thông tin lượng tử (Quantum Information Network - QIN) hoặc Internet lượng tử. QIN sẽ cung cấp nhiều dịch vụ liên quan đến bảo mật như nhận dạng an toàn, xác minh vị trí, điện toán lượng tử phân tán. Trở ngại lớn nhất đối với triển khai QIN là nhu cầu về bộ nhớ lượng tử đáng tin cậy để lưu trữ thông tin lượng tử nhằm đồng bộ hóa và phân phối trên một mạng có nhiều nút trung gian. Theo dự đoán, QIN có thể phổ biến vào năm 2030 trở đi.

Cảm biến lượng tử để đo chính xác hơn các biến số vật lý khác nhau như từ trường hoặc điện trường, gradien trọng lực, gia tốc quay và thời gian. Các phép đo thời gian cải tiến có thể được sử dụng cho đồng hồ chính xác, điều hướng quán tính lượng tử, thăm dò dưới lòng đất và dưới đáy biển, liên lạc tần số vô tuyến hiệu quả hơn,... Cảm biến lượng tử là công nghệ lượng tử phổ biến nhất, nhưng hiệu quả của các cảm biến hiện nay vẫn còn cần phải được cải thiện hơn nữa. Hình ảnh lượng tử là một lĩnh vực của quang học lượng tử, có thể giúp cải thiện công nghệ hiện có, chẳng hạn như radar lượng tử, máy ảnh ba chiều, máy ảnh rò rỉ khí,…

Mật mã hậu lượng tử (Post Quantum Cryptography - PQC), hoàn toàn không phải là lượng tử mà là một sự phát triển của mật mã bất đối xứng hiện tại. PQC dựa vào toán học cao cấp hơn, khó tính toán hơn. Như vậy, PQC có thể được hình dung đơn giản như các bản cập nhật phần mềm/phần cứng cho các hệ thống hiện có, mặc dù chúng thường đòi hỏi tính toán cao cấp hơn. Năm 2022, Nhà Trắng đã công bố một bản ghi nhớ, cung cấp hướng dẫn cho các cơ quan chuyển đổi sang PQC và triển khai đầy đủ vào năm 2035; trong đó Bộ An ninh Nội địa Hoa Kỳ đặt mục tiêu chuyển đổi vào năm 2030 [2].

Công nghệ lượng tử trong chiến lược quốc gia các nước [3]  

Cùng với những tiến bộ không ngừng trong các lĩnh vực như trí tuệ nhân tạo (AI), người máy, IoT và công nghệ nano, công nghệ lượng tử sẽ đẩy nhanh cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0. Dù trong lĩnh vực quân sự hay lĩnh vực dân sự, công nghệ lượng tử đã cho thấy những triển vọng ứng dụng lớn. Đối với những quốc gia dẫn đầu trong lĩnh vực này, tác động sẽ sâu rộng và đáng kể, kích thích sản xuất công nghiệp, tạo việc làm, mang lại lợi ích kinh tế và an ninh quốc gia. Đến nay đã có hơn 20 quốc gia có sáng kiến hoặc chiến lược quốc gia liên quan đến công nghệ lượng tử.

Khu vực Bắc Mỹ

Hoa Kỳ: Ngay từ năm 2002, Hoa Kỳ đã đi đầu trong việc xây dựng kế hoạch phát triển công nghệ và khoa học thông tin lượng tử. Năm 2007, Cơ quan Quản lý các Dự án nghiên cứu tiên tiến quốc phòng Hoa Kỳ (DARPA) đã xem công nghệ lượng tử là một trong những công nghệ cốt lõi trong kế hoạch chiến lược của mình. Năm 2016, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ bắt đầu hỗ trợ phát triển công nghệ lượng tử trong quân sự. Đến nay, Hoa Kỳ hình thành ba chiến lược chính gồm:

“Đạo luật Sáng kiến ​​Lượng tử Quốc gia” (National Quantum Initiative Act), có hiệu lực từ tháng 12/2018. Đây không chỉ là cơ sở pháp lý để Hoa Kỳ phối hợp các lực lượng trong nước nhằm thúc đẩy phát triển công nghệ lượng tử, mà còn là kế hoạch chiến lược để khẳng định vị trí lãnh đạo toàn cầu về khoa học thông tin lượng tử và các ứng dụng của nó. Đạo luật cho phép Hoa Kỳ chi 1,2 tỉ USD trong 5 năm để thúc đầy đầu tư vào khoa học, hỗ trợ nguồn lực lao động và cho phép thành lập Văn phòng Điều phối Lượng tử Quốc gia, Ủy ban tư vấn Nhà Trắng về các vấn đề liên quan đến máy tính lượng tử.

Chiến lược phát triển đặc biệt về công nghệ lượng tử, là các kế hoạch chi tiết để chính phủ Hoa Kỳ thúc đẩy công nghệ lượng tử. Tháng 9/2018, Hội đồng khoa học và công nghệ quốc gia công bố "Tổng quan chiến lược quốc gia về khoa học thông tin lượng tử" [4], được xem như là đề cương tổng thể để chính phủ Hoa Kỳ đề xuất hai kế hoạch phát triển mạng lượng tử. Cụ thể, tháng 2/2020 Văn phòng Điều phối Lượng tử Quốc gia của Nhà Trắng [5] công bố "Tầm nhìn Chiến lược Mạng Lượng tử Hoa Kỳ", xác định việc xây dựng và phát triển mạng lượng tử trong 5 năm và 20 năm tới; tháng 2/2020, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ công bố báo cáo "Từ vướng víu đường dài đến xây dựng Internet lượng tử toàn quốc", hoạch định lộ trình phát triển Internet lượng tử quốc gia và đề xuất các lĩnh vực công nghệ lượng tử cần tập trung.

“Chiến lược quốc gia về các công nghệ quan trọng và mới nổi” (National Strategy for Critical and Emerging Technologies) [5] công bố tháng 10/2020 đã liệt kê "khoa học thông tin lượng tử" là một trong 20 công nghệ có ý nghĩa quan trọng đối với lợi thế an ninh quốc gia. Trước đó, tháng 4/2019, Không quân Hoa Kỳ công bố tài liệu “Nâng cao Công nghệ của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ đến năm 2030 và xa hơn” nhấn mạnh những ưu thế của công nghệ lượng tử và khả năng ứng dụng trong lực lượng không quân. Tháng 5/2020, Cơ quan Tình báo Địa không gian Quốc gia Hoa Kỳ công bố tài liệu "Chiến lược Công nghệ của Cơ quan Tình báo Địa không gian Quốc gia" liệt kê điện toán lượng tử là công nghệ sẽ tập trung đầu tư trong tương lai.

Canada: Canada là một trong những quốc gia hàng đầu về điện toán lượng tử và đã đầu tư hơn 1 tỷ USD vào nghiên cứu lượng tử trong thập kỷ qua. Theo đánh giá năm 2015, Canada được xếp hạng thứ 5 trên toàn cầu về tổng chi tiêu hàng năm cho khoa học lượng tử. Tháng 4/2021, chính phủ Canada đã công bố khoản đầu tư 360 triệu USD để triển khai “Chiến lược lượng tử quốc gia”. Đến năm 2030, Canada dự kiến sẽ phát triển ngành công nghiệp công nghệ lượng tử trị giá 8,2 tỷ USD, sử dụng 16.000 người. Đến năm 2040, công nghệ lượng tử phát triển thành một ngành công nghiệp trị giá 142,4 tỷ USD và duy trì 229.000 việc làm ở Canada.

Khu vực Châu Âu

Ngay từ thập niên cuối của thế kỷ XX, Liên minh Châu Âu (EU) và các quốc gia liên quan đã nhận ra tiềm năng to lớn của công nghệ lượng tử. Gần đây, để giành được thế chủ động trong cuộc cạnh tranh công nghệ lượng tử toàn cầu, EU và các nước lớn ở châu Âu đã tích cực triển khai một loạt chiến lược công nghệ ở cả cấp khu vực và cấp quốc gia.

EU: Năm 2008, EU công bố "Báo cáo chiến lược truyền thông và xử lý thông tin lượng tử" và hợp tác với các nước châu Âu để phát triển công nghệ truyền thông lượng tử. Tháng 5/2016, EU ban hành "Tuyên bố lượng tử: Kỷ nguyên công nghệ mới" (Quantum Manifesto for Quantum Technologies) [6] kêu gọi các nước châu Âu cùng nhau xây dựng ngành công nghiệp công nghệ lượng tử châu Âu. Năm 2018, EU khởi động chương trình về công nghệ lượng tử “Quantum Flagship” kéo dài 10 năm với ngân sách 1 tỷ Euro, tập trung vào truyền thông, điện toán, cảm biến và mô phỏng lượng tử. Tháng 3/2020, Ủy ban cố vấn chiến lược hàng đầu về lượng tử công bố báo cáo "Chương trình Nghiên cứu Chiến lược của Quantum Flagship", đề xuất lộ trình phát triển trong các lĩnh vực truyền thông, điện toán, mô phỏng, đo lường và hình ảnh cảm biến lượng tử.

Vương quốc Anh (UK): Năm 2013, UK đã khởi động kế hoạch 5 năm đầu tiên của "Chương trình Công nghệ Lượng tử Quốc gia" (National Quantum Technologies Program), đầu tư 270 triệu bảng Anh trong giai đoạn 2014 - 2019 để thành lập bốn trung tâm R&D về truyền thông, cảm biến, hình ảnh và máy tính lượng tử; năm 2015 đưa ra "Lộ trình công nghệ lượng tử của UK", trong đó làm rõ các biện pháp thúc đẩy, thời gian thương mại hóa và lộ trình phát triển của các công nghệ lượng tử; năm 2018 khởi động kế hoạch 5 năm lần thứ hai của "Chương trình Công nghệ Lượng tử Quốc gia" [7], đầu tư 315 triệu bảng Anh giai đoạn 2020 - 2024, xây dựng một trung tâm điện toán lượng tử quốc gia và 4 trung tâm lượng tử khác; tháng 10/2020, Bộ Quốc phòng Anh công bố “Chiến lược Khoa học & Công nghệ 2020” (Science and Technology Strategy 2020), đề xuất công nghệ lượng tử là trọng tâm phát triển dài hạn. Tháng 3/2023, UK công bố “Chiến lược Lượng tử Quốc gia” (National Quantum Strategy) [8] nhằm định vị nước này trong lĩnh vực công nghệ lượng tử toàn cầu, mô tả tầm nhìn và kế hoạch hành động để trở thành nền kinh tế lượng tử hàng đầu trong thập kỷ tới.

Đức: Đức cũng là quốc gia hàng đầu của châu Âu về lĩnh vực điện toán lượng tử với một số trường đại học, tổ chức nghiên cứu và công ty tích cực theo đuổi R&D lượng tử. Tháng 9/2018, chính phủ Đức công bố báo cáo "Công nghệ lượng tử: Từ nghiên cứu cơ bản đến thị trường" (Quantum technologies - from basic research to market), đây được xem là khuôn khổ tổng thể để thúc đẩy phát triển công nghệ lượng tử ở Đức. Chính phủ Đức cũng đã thành lập một số tổ chức nghiên cứu và trung tâm xuất sắc dành riêng cho điện toán lượng tử và các lĩnh vực liên quan. Đức cũng đã trả tiền mua một máy tính lượng tử của IBM (máy tính Quantum System One) vào năm 2021, là máy tính lượng tử đầu tiên của IBM bên ngoài Hoa Kỳ và là một trong những máy tính mạnh nhất ở Châu Âu. Năm 2022, Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức (DLR) đã đặt hàng trị giá 208 triệu Euro cho điện toán lượng tử dựa trên bẫy ion. Về nghiên cứu, Đức có một số trường đại học đẳng cấp thế giới tham gia nghiên cứu điện toán lượng tử như Đại học Kỹ thuật Munich, Đại học Cologne, Đại học Hannover,… [9]

Pháp: Cùng với UK và Đức, Pháp dẫn đầu cuộc đua máy tính lượng tử ở châu Âu. Tháng 1/2021, Pháp công bố “Chiến lược quốc gia về công nghệ lượng tử” (National strategy for quantum technologies), với khoảng ngân sách 1,8 tỷ USD được hứa hẹn sẽ thúc đẩy manh mẽ lĩnh vực này.

Hà Lan: Năm 2019, Hà Lan công bố “Chương trình nghị sự quốc gia về Công nghệ lượng tử” với bốn lĩnh vực trọng tâm gồm: Đột phá trong nghiên cứu và đổi mới; Phát triển hệ sinh thái, tạo thị trường và cơ sở hạ tầng; Đầu tư giáo dục, kiến thức và kỹ năng; Đối thoại xã hội về công nghệ lượng tử. Chương trình nghị sự nhằm định vị Hà Lan là một trung tâm quốc tế về công nghệ lượng tử. Hiện nay, một số trường đại học và viện nghiên cứu của Hà Lan dẫn đầu trong lĩnh vực Internet lượng tử, thuật toán lượng tử và mật mã hậu lượng tử.

Nga: Tháng 12/2018, Nga ban hành "Chương trình quốc gia về kinh tế kỹ thuật số" (2019 - 2024), liệt kê công nghệ lượng tử là một trong chín mục tiêu phát triển chính và có kế hoạch đầu tư 1 tỷ USD trong 5 năm để thúc đẩy công nghệ lượng tử. Năm 2019, Nga thành lập Đơn vị Công nghệ Lượng tử. Tháng 8/2020, Nga đã đưa ra "Lộ trình phát triển điện toán lượng tử", tập trung vào R&D và chế tạo điện toán lượng tử. Năm 2022, Nga phân bổ hơn 40 triệu USD cho phát triển truyền thông lượng tử [10].

Khu vực Đông Bắc Á

Trung Quốc: Trong “Kế hoạch 5 năm lần thứ 13” (2016 - 2021), Trung Quốc coi điện toán lượng tử là một lĩnh vực có tầm quan trọng chiến lược. Năm 2018, Tổng Bí thư Tập Cận Bình nhấn mạnh: "Ứng dụng đột phá của thế hệ CNTT mới được thể hiện bởi AI, thông tin lượng tử, truyền thông di động, IoT và Blockchain", điều này càng khẳng định vị trí chiến lược của thông tin lượng tử. Tháng 10/2020, Bộ Chính trị Trung Quốc đã họp khẩn về triển vọng của công nghệ lượng tử (chỉ 1 ngày sau khi Mỹ công bố Chiến lược quốc gia về các công nghệ then chốt và mới nổi). Điều này có nghĩa là sau Blockchain, công nghệ lượng tử đã trở thành chiến lược quốc gia, nhận được sự ủng hộ mạnh mẽ từ chính quyền trung ương và trở thành “quân cờ” để Trung Quốc nâng cao năng lực cạnh tranh quốc tế.

Trong "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14" (2021 - 2025), Trung Quốc tập trung vào tám lĩnh vực hàng đầu, trong đó bao gồm AI và thông tin lượng tử. Về thông tin lượng tử, sẽ tập trung vào R&D các công nghệ truyền thông lượng tử trong đô thị, liên thành phố và không gian, phát triển các nguyên mẫu điện toán lượng tử phổ quát và mô phỏng lượng tử thực tế, tạo đột phá trong công nghệ đo lường chính xác lượng tử.

Truyền thông lượng tử là một trong số lĩnh vực khoa học mà Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới. Tháng 8/2016, Trung Quốc đã phóng vệ tinh thử nghiệm khoa học lượng tử không gian đầu tiên trên thế giới "Mặc tử"; theo kế hoạch sẽ phóng tiếp "Mặc tử 2" và "Mặc tử 3", đồng thời xây dựng chòm sao lượng tử đầu tiên vào năm 2025. Năm 2017, dự án mạng đường trục truyền thông an toàn lượng tử đầu tiên trên thế giới Bắc Kinh - Thượng Hải đã thông kỹ thuật. Trung Quốc mong muốn ứng dụng truyền thông lượng tử và công nghiệp hóa truyền thông lượng tử sẽ dẫn đầu thế giới và khoảng 15 năm sau; Internet lượng tử của Trung Quốc dự kiến ​​sẽ thay thế Internet cáp quang do Hoa Kỳ thống trị hiện nay. Tuy nhiên, trong lĩnh vực điện toán lượng tử, Trung Quốc đi sau một chút so với Hoa Kỳ.

Nhật Bản: Chính phủ Nhật Bản luôn coi trọng R&D công nghệ lượng tử, đồng thời xây dựng các chiến lược phù hợp. Tháng 8/2017, "Chiến lược thúc đẩy mới cho khoa học và công nghệ lượng tử" được công bố, tập trung vào bốn lĩnh vực: Xử lý thông tin lượng tử, cảm biến và đo lường lượng tử, laser xung cực ngắn và laser thế hệ tiếp theo. Năm 2018, Nhật bản công bố “Chương trình Q-LEAP” (Quantum Leap Flagship Program) [11], thời gian thực hiện 2018 - 2027, tập trung vào phát triển ba lĩnh vực kỹ thuật chính là Công nghệ lượng tử (mô phỏng lượng tử, máy tính lượng tử), Đo lường và cảm biến lượng tử và Laser thế hệ tiếp theo; mỗi lĩnh vực kỹ thuật có hai dự án hàng đầu và một dự án nghiên cứu cơ bản. Tháng 1/2020, "Chiến lược đổi mới công nghệ lượng tử" [12] được công bố, đề xuất thúc đẩy đổi mới công nghệ lượng tử thông qua các chiến lược gồm: Chiến lược phát triển công nghệ, Chiến lược quốc tế, Chiến lược công nghiệp & đổi mới, Chiến lược sở hữu trí tuệ  và tiêu chuẩn hóa quốc tế, Chiến lược nhân tài. Chính phủ Nhật Bản có kế hoạch hợp tác với 50 công ty trong nước để thành lập một nhóm nghiên cứu lượng tử, mong muốn cùng thúc đẩy sự phát triển công nghệ lượng tử Nhật Bản trong các lĩnh vực như truyền thông lượng tử và điện toán lượng tử.

Hàn Quốc: Năm 2019, “Dự án Phát triển Công nghệ Điện toán Lượng tử của chính phủ Hàn Quốc” được công bố nhằm mục đích phát triển phần cứng/phần mềm cho máy tính lượng tử và trình mô phỏng lượng tử. Nghiên cứu điện toán lượng tử mới nhất tại Hàn Quốc bao gồm: Đầu tư 39,7 triệu USD trong 5 năm để phát triển công nghệ cốt lõi của điện toán lượng tử và mở rộng cơ sở nghiên cứu; đầu tư 11,9 triệu USD vào CNTT & truyền thông thế hệ tiếp theo.

Đài Loan: Tháng 11/2020, Đài Loan công bố khoản đầu tư 282 triệu USD vào phát triển công nghệ lượng tử trong 5 năm tới với mục tiêu trở thành một trung tâm công nghệ lượng tử, bên cạnh lực sản xuất chất bán dẫn hàng đầu thế giới.

Khu vực Đông Nam Á

Singapore: Năm 2007, chính phủ Singapore đã thành lập Trung tâm Công nghệ Lượng tử thu hút các nhà vật lý, nhà khoa học máy tính và kỹ sư thực hiện nghiên cứu cơ bản về vật lý lượng tử và chế tạo các thiết bị dựa trên các hiện tượng lượng tử. Chương trình Kỹ thuật lượng tử của Singapore (QEP) công bố năm 2018, là một sáng kiến quốc gia nhằm tài trợ cho nghiên cứu và xây dựng hệ sinh thái lượng tử, với khoản tài trợ 109 triệu USD từ năm 2018 - 2025; QEP đã ra mắt ba nền tảng quốc gia để điều phối các hoạt động nghiên cứu và thúc đẩy hợp tác công tư. Tháng 10/2019, QuantumSG, một tổ chức nghiên cứu khoa học được thành lập bởi cộng đồng khoa học lượng tử ở Singapore, đã công bố báo cáo "Công nghệ lượng tử Singapore: Chuẩn bị cho tương lai” (Quantum Technologies in Singapore: Preparing for the future), đề xuất rằng trong tương lai Singapore nên tập trung thúc đẩy phát triển bốn lĩnh vực gồm điện toán lượng tử và mô phỏng, truyền thông lượng tử, đo lường và cảm biến lượng tử, nghiên cứu cơ bản. 

Thái Lan: Tháng 9/2020, Thái Lan công bố tài trợ 6 triệu USD để phát triển công nghệ lượng tử trong 8 năm.

Philippines: Chính phủ Philippines đã công bố lộ trình công nghệ lượng tử của quốc gia, đầu tư 17,2 triệu USD đến năm 2030 để phát triển máy tính lượng tử, mạng, trình mô phỏng và đo lường lượng tử.

Khu vực Nam Á, Tây Á, Châu Đại Dương

Ấn Độ: Năm 2018, Bộ Khoa học và Công nghệ đưa ra đề xuất về các dự án liên quan đến lĩnh vực điện toán lượng tử. “Sứ mệnh Quốc gia về Công nghệ và Ứng dụng Lượng tử của Ấn Độ”, được công bố năm 2020, bao gồm kế hoạch 5 năm (2020 - 2024) với ngân sách 1 tỷ USD, sẽ tập trung nghiên cứu về máy tính, truyền thông, cảm biến và khoa học vật liệu. Nhiệm vụ cũng sẽ xây dựng bốn công viên nghiên cứu trên cả nước và hơn hai mươi trung tâm cho mục đích nghiên cứu lượng tử.

Israel: “Chương trình Quốc gia về Khoa học và Công nghệ Lượng tử” năm 2019 là nỗ lực của Israel nhằm cạnh tranh với các quốc gia hàng đầu về ứng dụng công nghệ lượng tử trong công nghiệp và quốc phòng. Với khoảng 360 triệu USD trong vòng 6 năm, Chương trình sẽ thành lập các phòng thí nghiệm, xây dựng cơ sở hạ tầng phần cứng máy tính lượng tử quốc gia và xây dựng một trung tâm R&D hiện đại. The Technion, một trong những học viện công nghệ hàng đầu của Israel, mang đến cơ hội giảng dạy và nghiên cứu đẳng cấp thế giới về khoa học và công nghệ lượng tử. Trung tâm QUEST (Quantum Entanglement in Science and Technology) được thành lập để thúc đẩy ứng dụng cơ học lượng tử cho cả khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng. Bên cạnh đó, một trong những trung tâm R&D của Google đặt tại Tel Aviv cũng đang tích cực nghiên cứu về điện toán lượng tử. [13]

Úc: Mặc dù chưa có chiến lược quốc gia nhưng Úc đã có một số sáng kiến R&D và một số tổ chức liên quan. Năm 2017, hai trung tâm về lượng tử được thành lập (trung tâm đầu tiên FLEET đặt tại Đại học Monash, trung tâm thứ hai đặt tại Đại học Melbourne). Tháng 5/2020, Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp và Khoa học Khối thịnh vượng chung Úc đã công bố báo cáo "Ngành công nghệ lượng tử đang phát triển của Úc" (Growing Australia's Quantum Technology Industry) [14], đề xuất lộ trình phát triển công nghệ lượng tử. Báo cáo chỉ ra rằng, đến năm 2030, cơ hội công nghệ lượng tử của Úc có thể đạt tới 2,2 tỷ USD; đến năm 2045 có thể đạt tổng cộng gần 6 tỷ USD.

Đặc điểm và tính cạnh tranh toàn cầu về công nghệ lượng tử

Từ những phân tích trên, có thể thấy trong bố cục chiến lược của các nước về phát triển công nghệ lượng tử thể hiện ba đặc trưng sau:

Xây dựng cơ chế phối hợp cấp cao nhất để điều phối: Những đột phá trong công nghệ lượng tử là kết quả nỗ lực chung của cả nước, cả chính phủ và khu vực tư nhân, cần thiết lập cơ chế thống nhất để xây dựng chính sách, điều phối sử dụng nguồn lực và giám sát thực hiện kế hoạch. 

Đề ra thời gian, lộ trình và tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ mũi nhọn: Những đột phá trong công nghệ lượng tử then chốt đòi hỏi sự đầu tư liên tục và lâu dài; do đó, các chiến lược phát triển cần đề ra lộ trình và mốc thời gian tương ứng để đạt được các mục tiêu phát triển theo từng giai đoạn.

Tạo hệ sinh thái đổi mới sáng tạo để thúc đẩy phát triển công nghệ: Sự phát triển của khoa học và công nghệ lượng tử là một dự án có hệ thống, vì vậy trong chiến lược phát triển ở các quốc gia đều tập trung vào việc tạo ra một hệ sinh thái đổi mới từ nhiều khía cạnh như nghiên cứu, thị trường, nhân tài và hợp tác quốc tế. [15]

Theo thống kê từ cơ sở dữ liệu sở hữu trí tuệ Astamuse (của Nhật Bản) từ năm 2014 đến 2020, Hoa Kỳ thống trị nghiên cứu trong lĩnh vực máy tính lượng tử (với 1.948 bài báo) và Trung Quốc đứng thứ hai (với 1.495 bài báo), tiếp theo là Đức, UK và Nhật Bản. Trong lĩnh vực truyền thông lượng tử, mặc dù vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng Trung Quốc đã chiếm vị trí hàng đầu.

Về tham gia của các doanh nghiệp: Kể từ năm 2015, đã có hơn 400 công ty đang tham gia vào ngành điện toán lượng tử. Báo cáo của IPRdaily cho thấy phần lớn các công ty đến từ 18 quốc gia và khu vực, 40% trong số đó đến từ Mỹ, tiếp theo là 15% từ Trung Quốc, 11% từ Nhật Bản, 7% từ Canada, 6% từ UK, 4% từ Úc, 3% từ Đức, 2% từ Thụy Sĩ, Israel và Phần Lan, và 1% từ Áo, Ireland, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Pháp, Thụy Điển, Ba Lan và Malta. 10 công ty hàng đầu có bằng sáng chế nổi bật trong lĩnh vực điện toán lượng tử có: IBM (1323); Google (762); D-wave (501); Microsoft (496); Northrop Grumman (262); Origin of Quantity (234); Intel (221); Baidu News (186); IonQ (164); Rigetti (110). [16]

Chi tiêu công toàn cầu cho phát triển công nghệ lượng tử ước tính vượt quá 30 tỷ USD, trong đó riêng Trung Quốc chiếm khoảng một nửa và EU chiếm gần một phần tư. Phần còn lại được phân phối chủ yếu giữa chín quốc gia, dẫn đầu là Hoa Kỳ, Canada, Nhật Bản và UK. Về đầu tư tư nhân, Hoa Kỳ và EU chiếm ưu thế, với lần lượt là 59 và 53 công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử. Con số đó hoàn toàn trái ngược với chỉ hai công ty khởi nghiệp ở Nam Mỹ và không có công ty nào ở Châu Phi. Theo đánh giá, trong 5 năm tới, điện toán lượng tử có thể tăng thêm 500-100 tỷ USD doanh thu toàn cầu; trong 15 - 30 năm tới, con số này sẽ tăng lên 450-850 tỷ USD. Quốc gia nào phát triển công nghệ lượng tử trước sẽ có lợi thế rất lớn. [17]

Về  tương lai, không thể đánh giá thấp vai trò của công nghệ lượng tử trong việc thúc đẩy phát triển kinh tế chất lượng cao và đảm bảo an ninh quốc gia. Những công nghệ mới phái sinh từ công nghệ lượng tử sẽ trở thành nền tảng, động lực cho sự phát triển nhảy vọt của kinh tế - xã hội và sự tiến bộ của vũ khí quân sự. Các quốc gia trên thế giới muốn đi đầu trong chặng đường phát triển tiếp theo đang muốn nhanh chóng nắm bắt cơ hội phát triển này. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây của công nghệ lượng tử đã khiến nó ngày càng mang ý nghĩa địa chính trị [18]. Về tổng thể, Hoa Kỳ là quốc gia đang dẫn đầu, nhất là về điện toán lượng tử. Trung Quốc cũng có những lợi thế nhất định, trong đó có lĩnh vực về truyền thông lượng tử. Với việc Hoa Kỳ và Trung Quốc đang chiếm “ưu thế lượng tử”, các nước châu Âu cảm thấy áp lực phải đẩy mạnh cuộc chơi của họ. Trong bối cảnh cạnh tranh giữa Hoa Kỳ và Trung Quốc về các công nghệ tiên tiến đang diễn ra ngày càng gay gắt thì sau 5G, công nghệ lượng tử có thể trở thành lĩnh vực tiếp theo mà Hoa Kỳ và đồng minh kiềm chế Trung Quốc phát triển [19].