Chuyên gia Mỹ: Công nghệ lượng tử đang âm thầm vận hành thế giới

Scott Davis là tiến sĩ vật lý, nhà đồng sáng lập và CEO của Vescent - công ty công nghệ chuyên thiết kế và sản xuất hệ thống laser quang học, lược tần số (frequency combs) và thiết bị điều khiển điện tử chính xác cao, có trụ sở tại bang Colorado, Mỹ. Vescent được coi là ví dụ điển hình của một "spin-off", tức dự án khởi nghiệp được tách từ phòng thí nghiệm, trong trường hợp này là Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST). Công ty được biết đến với khả năng thương mại hóa, đưa công nghệ phòng thí nghiệm phức tạp thành thiết bị nhỏ gọn, siêu bền, phục vụ cho máy tính lượng tử, đồng hồ nguyên tử thế hệ mới và các hệ thống định vị.

Trong cuộc gặp báo chí quốc tế cuối tháng 9, TS Davis chia sẻ về vai trò của công nghệ lượng tử, đổi mới sáng tạo, "khoảnh khắc ChatGPT" mà ngành đang chờ đợi, cũng như thách thức khi đưa kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm thành sản phẩm thương mại.

- Xuất phát từ môi trường học thuật và đang đưa nghiên cứu ra thị trường, ông coi mình là nhà khoa học hay doanh nhân? Điều gì đưa ông đến với vai trò hiện nay

- Về nền tảng, tôi được đào tạo là một nhà vật lý lượng tử. Nhưng tôi cũng từng khởi nghiệp và có thời gian làm trong một tập đoàn bán dẫn lớn. Tôi trải qua khá nhiều môi trường kinh doanh và đặc biệt đam mê sức mạnh chuyển đổi của công nghệ, nhất là lượng tử.

Có thể gọi tôi là một "nhà công nghệ" (technologist), mang một chút của nghiên cứu, kinh doanh và đổi mới sáng tạo. Nhưng đôi khi, tôi thích gọi mình là "người điều khiển photon" (photon wrangler) hơn.

Vì sao ư? Vật lý lượng tử nghiên cứu cách vũ trụ vận hành ở quy mô nguyên tử và phân tử. Những nguyên lý đó đã được kỹ thuật hóa thành các công nghệ như bóng bán dẫn, laser và nhiều thành phần nền tảng của máy tính, viễn thông và Internet, thường được gọi là Lượng tử 1.0. Ngày nay, chúng ta đang bước vào Lượng tử 2.0 với máy tính, cảm biến, đồng hồ và mạng lượng tử thế hệ mới.

Đối với nhiều công nghệ đó, cây cầu nối giữa thế giới lượng tử ở quy mô siêu nhỏ và thế giới công nghệ mà con người có thể sử dụng chính là ánh sáng, hay photon - các hạt ánh sáng, và công nghệ quang tử.

Chính vì đam mê đó mà tôi cũng thường nhìn công nghệ như một dải quang phổ. Một đầu dải là khoa học cơ bản, nơi nhà khoa học tìm hiểu cách vũ trụ vận hành; đầu kia là công nghệ đã trưởng thành, như ngành bán dẫn, có thể sản xuất ở quy mô lớn và tạo ra giá trị kinh tế.

Sau khi làm việc tại nhiều môi trường khác nhau, tôi nhận ra "vùng chuyển tiếp" mới thú vị nhất. Đó là nơi biến những phát hiện khoa học thành công nghệ với độ bền bỉ cao, và được tối ưu để có thể mở rộng quy mô.

- Vì sao ông ví công ty của mình như "Nvidia của ngành lượng tử"?

- Khi bắt đầu khởi nghiệp, chúng tôi nhìn vào toàn bộ ngành công nghệ lượng tử và tự hỏi nơi nào có thể giữ được vị thế tốt nhất trong chuỗi giá trị. Câu hỏi đó đã định hình chiến lược kinh doanh của chúng tôi.

Và lịch sử cho thấy, sở hữu một công nghệ nền tảng cho phép các hệ thống khác vận hành luôn có một vị thế tốt. Giống như người bán xẻng trong cơn sốt đào vàng vậy. Hãy nhìn Nvidia, họ không sản xuất máy tính hoàn chỉnh cho người dùng cuối, nhưng cung cấp công nghệ nền tảng mà rất nhiều hệ thống phụ thuộc. Tôi nghĩ Vescent cũng có thể trở thành một "Nvidia của ngành lượng tử" theo cách đó,

Các công nghệ đột phá về lượng tử mà chúng ta biết hiện nay đều dùng đến nguồn phát laser và photon cấp độ chính xác như trong phòng thí nghiệm. Điều chúng tôi làm là công nghiệp hóa các hệ thống đó để chế tạo hàng loạt và bán ra thế giới.

Chúng tôi đã xuất xưởng hơn 10.000 sản phẩm, doanh thu năm ngoái đạt 14 triệu USD và năm nay dự kiến tiến gần 20 triệu USD. Với một ngành đang thu hút hàng chục tỷ USD đầu tư, đây không phải con số lớn. Nhưng điều quan trọng là chúng tôi xây dựng được một hoạt động kinh doanh có doanh thu và lợi nhuận, trong khi nhiều công ty phát triển máy tính lượng tử hoàn chỉnh vẫn đang chỉ trong quá trình đầu tư mạnh để theo đuổi công nghệ.

Điều quan trọng là có nhiều phương thức vật lý và kiến trúc khác nhau đang cùng chạy đua trong điện toán lượng tử. Có thể phần lớn trong đó sẽ không thành công. Nhưng chúng tôi cung cấp linh kiện nền tảng. Vì vậy, dù kiến trúc nào cuối cùng giành chiến thắng, nếu họ vẫn cần linh kiện và công nghệ nền tảng mà chúng tôi cung cấp, chúng tôi vẫn hưởng lợi.

Trong thời kỳ chạy đua AI và lượng tử như hiện nay, rất nhiều người có thể nhìn nhận đây là thời kỳ đáng sợ, hoặc một giai đoạn đầy mê hoặc. Với tư cách doanh nhân, tôi thấy đây là thời gian tuyệt vời, bởi trong sự xáo trộn luôn mở ra những cơ hội để thay đổi cuộc chơi, biến các công ty nhỏ thành những doanh nghiệp lớn.

- Việc thương mại hóa nghiên cứu lượng tử và đưa ra thị trường diễn ra thế nào và đâu là nút thắt của quá trình?

- Lấy ví dụ về thiết bị chúng tôi đang chế tạo là "lược tần số quang học" (optical frequency combs) với độ bất định tương đối ở mức 10^-15, 10^-16 hoặc thậm chí 10^-17. Để dễ hình dung, nếu dùng để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời, sai số đo đạc chỉ nhỏ hơn kích thước một sợi tóc. Đây cũng là kết quả của một trong những nghiên cứu của ngành lượng tử từ nhiều năm trước.

Các thiết bị lượng tử ban đầu thường do chính các nhà nghiên cứu tự tay chế tạo từng chiếc trong phòng thí nghiệm. Nhưng khi đưa ra thị trường, chúng tôi phải thiết kế lại để một kỹ thuật viên không có bằng tiến sĩ như họ vẫn có thể lắp ráp và kiểm thử sản phẩm theo quy trình chuẩn.

Các nhà phát triển thì luôn có xu hướng muốn tinh chỉnh, cải tiến thêm một chút. Nhưng trên dây chuyền sản xuất, yêu cầu lại ngược lại: mọi sản phẩm phải giống hệt nhau. Bạn mua một chiếc iPhone sẽ không muốn nó hoạt động khác với chiếc iPhone của người khác.

Vì vậy, chúng tôi cố gắng đơn giản hóa thiết kế đến mức có thể lắp ráp như những khối Lego, đồng thời chuẩn hóa tài liệu, quy trình kiểm thử và tự động hóa. Nút thắt lớn không phải tạo ra một nguyên mẫu xuất sắc, mà là biến nó thành sản phẩm có thể sản xuất lặp lại và mở rộng quy mô.

Đó là tư duy sản xuất công nghiệp. Một nhà khoa học có thể chỉ quan tâm đến việc đạt hiệu năng cao nhất và chấp nhận một cỗ máy tốn hàng triệu USD để chế tạo. Nhưng khi trở thành sản phẩm thương mại, bạn phải tính đến giá thành, cách sản xuất, chuỗi cung ứng và cả việc mình có phụ thuộc vào "unobtainium" - cách gọi vui cho những vật liệu gần như không thể kiếm được hoặc sản xuất ở quy mô lớn.

Tư duy kỹ thuật sản xuất đòi hỏi lượng chất xám không kém nghiên cứu gốc, nhưng lại tỉ mỉ và thực tế. Tuy nhiên hãy tưởng tượng khi nhà máy của mình có thể xuất xưởng 30-50 thiết bị mỗi tuần, trong khi cách đây không lâu thế giới còn chưa chế tạo nổi một chiếc. Đó thực sự là một công việc tuyệt vời.

- Hiện nay nhà đầu tư, chính phủ quan tâm đến AI nhiều hơn vì mang đến giá trị nhìn thấy được. Làm sao để ngành lương tử đạt vị thế như vậy?

- Lĩnh vực AI đã trải qua "khoảnh khắc ChatGPT", mở ra làn sóng đầu tư lớn. Nhưng ít ai biết ở giai đoạn đầu, Nvidia từng chật vật gọi vốn vì không nhiều người tin vào công ty hay tiềm năng từ chip của họ. Khoảnh khắc đó là bước ngoặt, nhưng đã được xây dựng trên nhiều thập kỷ nghiên cứu. ChatGPT chỉ là chất xúc tác giúp xã hội nhận ra tiềm năng AI.

Lượng tử cũng tương tự. Nhưng có một điểm khác biệt là sự tham gia của khối công ngay từ đầu. Các chính phủ đầu tư không chỉ vì tiềm năng tạo ra công nghệ mang tính chuyển đổi, mà còn vì họ không muốn bị bỏ lại phía sau trong một lĩnh vực có ý nghĩa chiến lược.

Một động lực lớn có thể là an ninh. Từ những năm 1990, các nhà khoa học đã nhìn thấy tương lai con người chế tạo được máy tính đủ mạnh, có thể giải quyết những bài toán nền tảng của nhiều hệ thống mã hóa hiện nay. Điều đó đặt ra nguy cơ đối với dữ liệu mã hóa, hệ thống tài chính và bí mật quốc gia.

Nhưng lượng tử không chỉ là mối đe dọa. Nó cũng có thể là lời giải, chẳng hạn thông qua mạng lượng tử để xây dựng phương thức truyền thông an toàn hơn. Bên cạnh đó là cơ hội về mô phỏng vật liệu, phát triển thuốc, cảm biến, định thời và nhiều lĩnh vực khác.

Vì vậy, tôi nghĩ điều quan trọng không phải hỏi liệu lượng tử có tạo ra "khoảnh khắc ChatGPT" không, mà là khi nào một ứng dụng đủ thuyết phục xuất hiện để khiến công chúng và thị trường nhận ra công nghệ này có thể làm những việc mà máy tính ngày nay không thể làm.

- Máy tính lượng tử có vẻ vẫn rất xa vời với người dùng, theo ông công nghệ này sẽ đi vào đời sống theo cách nào?

- Chắc chắn người bình thường hưởng lợi từ lượng tử, nhưng có thể không nhận ra mình đang sử dụng nó. Và tôi nghĩ đó là điều thú vị nhất về công nghệ.

Có rất nhiều yếu tố hạ tầng tác động đến đời sống mà chúng ta không tương tác trực tiếp. Hệ thống định vị GNSS/GPS là một ví dụ. Hệ thống này phụ thuộc vào các đồng hồ nguyên tử, vốn khai thác các chuyển dịch năng lượng của nguyên tử để tạo ra chuẩn thời gian cực kỳ chính xác. Tín hiệu thời gian này được sử dụng cho định vị, đồng bộ hóa viễn thông, lưới điện và nhiều hệ thống khác. Khi bạn sử dụng ứng dụng gọi xe, bạn đang hưởng thành quả từ công nghệ lượng tử.

Ngoài ra, nó có thể giúp tìm kiếm công thức thuốc mới, mô phỏng vật liệu, tối ưu hóa hệ thống năng lượng hay giải quyết những bài toán mà máy tính truyền thống gặp khó khăn. Người dùng cuối không nhất thiết phải mở một chiếc máy tính lượng tử mới được coi là đang sử dụng công nghệ lượng tử.

Hãy nhìn vào bóng bán dẫn. Khi được chế tạo lần đầu vào những năm 1940, nó chỉ là một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm dựa trên vật lý lượng tử. Phải mất vài thập kỷ, người bình thường mới tiếp cận công nghệ qua radio bán dẫn, máy tính và các thiết bị điện tử.

Mỗi công nghệ đột phá đều có một hành trình như thế. Chúng ta thường không thể biết chính xác nó sẽ dẫn đến đâu. Chính khoảng không gian chưa được khám phá đó mới là phần thú vị nhất.

Lưu Quý