Cách đây khoảng một thập kỷ, công nghệ lượng tử (tạm hiểu: ứng dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử vào thực tiễn) vẫn là một chủ đề mang tính chuyên ngành hẹp, chủ yếu được thảo luận trong giới học thuật, các nhà nghiên cứu, những người yêu khoa học và nhóm nhỏ các nhà đầu tư công nghệ sâu.
Tuy nhiên, vài năm gần đây, điện toán lượng tử đã trở thành tâm điểm của cuộc đua công nghệ toàn cầu. Từ các cường quốc đến những tập đoàn công nghệ lớn đều đẩy mạnh đầu tư, còn công chúng cũng bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến lĩnh vực từng được xem là rất xa vời này. Vậy tất cả bắt đầu từ đâu?
Điện toán lượng tử là một trong những phương pháp xử lý thông tin tiến bộ trong tương lai. Phương pháp này sử dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính phức tạp chỉ trong thời gian ngắn.
Trong khoa học hiếm khi tồn tại một khoảnh khắc “Eureka” của riêng một cá nhân.
Thay vào đó, trước khi một ngành khoa học mới ra đời thường có một giai đoạn nhiều ý tưởng khác nhau cùng xuất hiện, được bổ sung và phát triển lẫn nhau. Điện toán lượng tử cũng hình thành theo cách đó.
Ý tưởng về máy tính lượng tử
Mặc dù công nghệ lượng tử chỉ thực sự thu hút sự chú ý của công chúng trong vài năm gần đây, nhưng trên thực tế, chúng ta đã và đang hưởng lợi từ các công nghệ được phát triển dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử trong suốt nhiều thập kỷ qua.
Nhiều công nghệ quen thuộc như GPS, mạng cáp quang truyền tải Internet hay vi mạch bán dẫn đều được phát triển dựa trên các nguyên lý được đề cập ở trên.
Theo tạp chí Nature, khoảng những năm 1960, Rolf Landauer (nhà vật lý người Mỹ gốc Đức) đã chỉ ra mối liên hệ giữa nhiệt động lực học và thông tin. Đến năm 1980, nhà toán học nổi tiếng người Nga Yuri Manin đề cập tới ý tưởng về một “máy tự động lượng tử” (quantum automaton) có thể khai thác hiện tượng chồng chập và rối lượng tử.
Cùng giai đoạn này, nhà vật lý người Mỹ Paul Benioff cũng xây dựng mô hình máy Turing dưới góc nhìn của cơ học lượng tử.
Những nghiên cứu này cho thấy các nhà khoa học đã bắt đầu suy nghĩ về khả năng kết hợp cơ học lượng tử với tính toán, dù chưa ai hình dung rõ một “máy tính lượng tử” sẽ trông như thế nào.
Câu hỏi làm thay đổi cả một lĩnh vực
Theo IBM Research, một trong những dấu mốc đặt nền móng cho điện toán lượng tử hiện đại là Hội nghị Physics of Computation, diễn ra vào tháng 5/1981 do Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và IBM đồng tổ chức, quy tụ khoảng 50 nhà vật lý, nhà toán học và nhà khoa học máy tính.
Thời điểm đó, vật lý và khoa học máy tính vẫn được xem là hai ngành gần như tách biệt, còn ý tưởng kết hợp chúng mới chỉ dừng ở mức suy đoán.
Trong số những người tham dự, Richard Feynman (nhà vật lý lý thuyết người Mỹ) là người để lại dấu ấn sâu sắc nhất.
Thay vì đặt câu hỏi làm thế nào để chế tạo một chiếc máy tính nhanh hơn, Feynman lại suy nghĩ theo hướng hoàn toàn khác: nếu muốn mô phỏng chính xác tự nhiên, chúng ta cần một loại máy tính như thế nào?
Ông lập luận rằng thế giới ở cấp độ nguyên tử vận hành theo các quy luật của cơ học lượng tử, trong khi mọi máy tính lúc bấy giờ đều hoạt động dựa trên vật lý cổ điển.
Điều đó khiến việc mô phỏng chính xác các hệ lượng tử bằng máy tính truyền thống trở nên cực kỳ khó khăn, bởi tài nguyên tính toán sẽ tăng theo cấp số nhân khi hệ vật lý trở nên phức tạp hơn.
Trong bài phát biểu nổi tiếng “Simulating Physics with Computers” (tạm dịch: mô phỏng vật lý bằng máy tính), Feynman đã nói một câu sau này trở thành biểu tượng của ngành điện toán lượng tử:
“Tự nhiên không vận hành theo vật lý cổ điển, chết tiệt. Nếu muốn mô phỏng tự nhiên, tốt hơn hết anh phải làm điều đó bằng cơ học lượng tử.”
Chính tại hội nghị này, Feynman đã đưa ra nhận định rằng muốn mô phỏng thế giới lượng tử một cách hiệu quả thì máy tính cũng phải hoạt động theo các quy luật lượng tử. Ý tưởng đó sau này trở thành nền tảng của điện toán lượng tử hiện đại.
Từ mảnh ghép rời rạc đến ý tưởng thống nhất
Điều thú vị là Richard Feynman không hề trình bày bản thiết kế của một chiếc máy tính lượng tử như chúng ta hình dung ngày nay.
Theo Nature Reviews Physics, điều ông giới thiệu khi đó là khái niệm “máy mô phỏng lượng tử phổ quát” (universal quantum simulator).
Ý tưởng rất đơn giản nhưng mang tính cách mạng: thay vì cố gắng mô phỏng các hiện tượng lượng tử bằng máy tính cổ điển, hãy sử dụng chính một hệ lượng tử để mô phỏng một hệ lượng tử khác.
Nói cách khác, nhà vật lý lý thuyết người Mỹ không hỏi “làm sao để máy tính nhanh hơn”, mà hỏi “làm sao để máy tính hoạt động giống tự nhiên hơn”.
Bài báo của Feynman sau đó đã trở thành “một cột mốc của điện toán lượng tử và mô phỏng lượng tử”, đồng thời thường được ghi nhận là sự khai sinh của hai lĩnh vực này.
Từ Manin, Benioff đến Landauer, mỗi người đều đóng góp một mảnh ghép rồi đến Feynman là người kết nối những mảnh ghép ấy thành một câu hỏi lớn, đủ sức mở ra hướng nghiên cứu hoàn toàn mới.
Cuộc đua công nghệ lượng tử toàn cầu
Sau hội nghị năm 1981, điện toán lượng tử vẫn còn là một lĩnh vực rất nhỏ.
Phải đến 13 năm sau, khi nhà toán học người Mỹ Peter Shor công bố thuật toán phân tích số nguyên nổi tiếng, cộng đồng khoa học mới nhận ra rằng máy tính lượng tử không chỉ có thể mô phỏng các hệ vật lý, mà còn có khả năng giải một số bài toán nhanh hơn rất nhiều so với máy tính cổ điển.
45 năm sau bài phát biểu của Feynman, điện toán lượng tử đã trở thành một trong những lĩnh vực cạnh tranh quyết liệt nhất giữa các quốc gia và tập đoàn công nghệ.
Theo các báo cáo quốc tế gần đây, cuộc đua điện toán lượng tử đang tập trung chủ yếu vào ba trung tâm là Mỹ, Trung Quốc và châu Âu.
Báo cáo của Quốc hội Mỹ cho thấy Trung Quốc dẫn đầu về đầu tư nhà nước với khoảng hơn 15 tỷ USD, trong khi Mỹ chiếm ưu thế về hệ sinh thái doanh nghiệp với số lượng startup lớn nhất thế giới trong lĩnh vực này. Châu Âu nổi bật ở nghiên cứu nhưng vẫn hạn chế về thương mại hóa và vốn tư nhân.
Theo tạp chí Barron’s, đây không chỉ là cạnh tranh công nghệ mà còn mang tính chiến lược, đặc biệt trong các lĩnh vực như an ninh mạng, truyền thông lượng tử và điện toán hiệu năng cao.
Các chuyên gia đều cho rằng cuộc đua vẫn ở giai đoạn đầu và chưa có quốc gia nào chiếm ưu thế tuyệt đối.
Nhìn lại lịch sử, có lẽ ít ai ngờ rằng cuộc đua công nghệ trị giá hàng tỷ USD của thế kỷ XXI lại bắt đầu từ một hội nghị chỉ khoảng 50 người tham dự và một câu hỏi tưởng như rất đơn giản của Richard Feynman.
Trung Quốc đã đưa ba phi hành gia lên trạm vũ trụ vào Chủ nhật, trong đó một người sẽ ở lại nơi này suốt một năm. Đây là khoảng thời gian dài kỷ lục của Trung Quốc, nhằm phục vụ nghiên cứu về sinh lý con người trong môi trường không gian, hướng tới tham vọng đưa con người lên Mặt Trăng trước năm 2030.
Cơ quan Vũ trụ Có người lái Trung Quốc cho biết danh tính người ở lại sẽ được quyết định sau, tùy theo tiến độ nhiệm vụ.
Tàu Thần Châu 23 (Shenzhou-23) được phóng lúc 23h08 (giờ địa phương) bằng tên lửa đẩy Trường Chinh-2F Y23 tại Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền. Ba phi hành gia bao gồm, chuyên gia tải trọng Li Jiaying, chỉ huy Zhu Yangzhu và phi công Zhang Yuanzhi.
Trung Quốc và Mỹ cùng hướng tới Mặt Trăng
Trung Quốc đã nhiều lần đưa phi hành gia lên trạm vũ trụ, nhưng đợt phóng lần này diễn ra trong bối cảnh cuộc đua lên Mặt Trăng với Mỹ ngày càng tăng tốc.
NASA đặt mục tiêu đưa con người trở lại Mặt Trăng vào năm 2028, sớm hơn Trung Quốc hai năm. Mỹ cũng muốn xây dựng sự hiện diện lâu dài trên Mặt Trăng như bước đệm cho các chuyến thám hiểm sao Hỏa trong tương lai.
Tháng 4 vừa qua, bốn phi hành gia NASA đã thực hiện chuyến bay lịch sử quanh Mặt Trăng trong khuôn khổ sứ mệnh Artemis II, bay xa Trái Đất hơn bất kỳ con người nào trước đây trong chuyến bay có người lái tới Mặt Trăng đầu tiên sau nửa thế kỷ.
Trong tuần trước, SpaceX của Elon Musk cũng thực hiện chuyến bay thử nghiệm không người lái phần lớn thành công với tên lửa thế hệ mới Starship, được thiết kế nhằm hỗ trợ các đợt phóng vệ tinh Starlink thường xuyên hơn và phục vụ các sứ mệnh đưa NASA lên Mặt Trăng trong tương lai.
Với chưa đầy 4 năm để đạt mục tiêu năm 2030, Trung Quốc đang đối mặt thách thức lớn khi phải phát triển hoàn toàn mới các phần cứng và phần mềm dành riêng cho sứ mệnh Mặt Trăng, đồng thời chứng minh toàn bộ hệ thống đã sẵn sàng vận hành.
Điều này nhằm bảo đảm các phi hành gia, vốn quen với môi trường tương đối an toàn của trạm Thiên Cung ở quỹ đạo thấp có thể thực hiện an toàn hành trình rủi ro hơn xuống bề mặt Mặt Trăng.
Các sứ mệnh Thần Châu của Trung Quốc đã liên tục đưa ba phi hành gia lên trạm không gian với thời gian lưu trú 6 tháng kể từ năm 2021.
Cơ quan vũ trụ Trung Quốc cũng đang huấn luyện hai phi hành gia Pakistan, trong đó một người có thể tham gia một sứ mệnh ngắn hạn tới Thiên Cung trong năm nay.
Mục tiêu xây căn cứ thường trực trên Mặt Trăng vào năm 2035
Cho đến nay, Trung Quốc mới chỉ đưa robot lên Mặt Trăng, nhưng chuỗi sứ mệnh Thần Châu cho thấy năng lực không gian của nước này đang tiến bộ nhanh chóng.
Tháng 6/2024, Trung Quốc trở thành quốc gia đầu tiên thu hồi mẫu vật từ phía tối của Mặt Trăng bằng robot.
Nếu hạ cánh có người lái thành công trước năm 2030, Trung Quốc sẽ có thêm động lực để hiện thực hóa kế hoạch xây dựng căn cứ thường trực trên Mặt Trăng vào năm 2035 cùng với Nga.
Wu Weiren, nhà khoa học trưởng của chương trình Mặt Trăng Trung Quốc, cho biết mốc thời gian công bố công khai của Bắc Kinh thực tế vẫn được đặt theo hướng "thận trọng".
Trong năm qua, Trung Quốc đã tiến hành nhiều thử nghiệm an toàn với các công nghệ dành cho sứ mệnh năm 2030, bao gồm tên lửa siêu nặng Trường Chinh 10, tàu vũ trụ Mengzhou và tàu đổ bộ Mặt Trăng Lanyue.
Chuyến bay Thần Châu 23 sẽ thực hiện lần đầu tiên quy trình tiếp cận và ghép nối tự động tốc độ cao với mô đun lõi của trạm Thiên Cung, nhằm chuẩn bị cho sứ mệnh Mặt Trăng năm 2030.
Kế hoạch này phụ thuộc vào khả năng ghép nối tự động trên quỹ đạo Mặt Trăng giữa tàu Mengzhou và tàu đổ bộ Lanyue.
Các nhà khoa học cũng sẽ nghiên cứu tác động sinh lý của bức xạ vũ trụ, tình trạng mất mật độ xương và căng thẳng tâm lý trong môi trường không gian trong suốt thời gian kéo dài của sứ mệnh Thần Châu 23.
Theo truyền thông nhà nước Trung Quốc, Bắc Kinh hiện đang thực hiện thí nghiệm "phôi nhân tạo" đầu tiên của con người trong không gian, sau khi gửi các mẫu tế bào gốc người lên cho phi hành đoàn Thần Châu 22 trên trạm Thiên Cung trong tháng này.
Thí nghiệm nhằm nghiên cứu khả năng cư trú lâu dài, sinh tồn và sinh sản của con người trong môi trường không gian.
Vào ngày Chủ nhật vừa qua (29/3), SpaceX - công ty hàng không vũ trụ do tỷ phú Elon Musk làm chủ - thông báo mất liên lạc với vệ tinh mang số hiệu 34343. Đây là vệ tinh nằm trong dự án Starlink, dịch vụ cung cấp kết nối Internet thông qua vệ tinh.
Mới đây, công ty này xác nhận vệ tinh đã gặp “sự cố bất thường” khi đang bay ở quỹ đạo thấp (độ cao khoảng 560km so với mặt đất) và đã phát nổ.
Sự cố đã tạo ra hàng chục mảnh vỡ khác nhau, nhưng Starlink trấn an rằng các mảnh vỡ sẽ không gây ra rủi ro đối với hàng nghìn vệ tinh và vật thể bay nhân tạo khác ở cùng độ cao, trong đó có Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS).
SpaceX cũng khẳng định các mảnh vỡ của vệ tinh sẽ không ảnh hưởng đến vụ phóng tàu sứ mệnh Artemis II của NASA để đưa người lên Mặt Trăng, diễn ra vào chiều nay (rạng sáng 2/4 theo giờ Việt Nam).
“Phân tích mới nhất cho thấy sự cố này không gây ra rủi ro mới nào cho Trạm Vũ trụ Quốc tế, phi hành đoàn của nó hoặc cho vụ phóng sắp tới của sứ mệnh Artemis II của NASA”, SpaceX cho biết trong một bài đăng trên mạng xã hội X.
SpaceX cho biết các mảnh vỡ của vệ tinh sẽ bốc cháy hoàn toàn trên khí quyển trong vòng vài tuần tới. Công ty cho biết đang tiến hành điều tra nguyên nhân của sự cố.
Mặc dù SpaceX chỉ gọi vụ việc là “sự cố bất thường”, nhưng theo LeoLabs - công ty công nghệ vũ trụ chuyên cung cấp dịch vụ theo dõi vệ tinh và cảnh báo về rác vũ trụ trong quỹ đạo Trái Đất thấp - nhận định vệ tinh của SpaceX đã phát nổ.
Hệ thống radar của LeoLabs đã lập tức phát hiện hàng chục vật thể ở khu vực xung quanh vệ tinh sau sự cố xảy ra, cho thấy đây là một vụ nổ và LeoLabs gọi là “sự kiện tạo ra mảnh vỡ”. LeoLabs nhận định sự cố xảy ra từ bên trong vệ tinh, không phải do va chạm với mảnh vỡ không gian hoặc một vệ tinh khác.
LeoLabs không nêu bật cảnh báo nguy hiểm nào từ các mảnh vỡ vệ tinh. Công ty nhận định các mảnh vỡ này nhiều khả năng sẽ rơi vào khí quyển và cháy rụi trong vài tuần tới.
SpaceX đã gặp một sự cố tương tự vào tháng 12 năm ngoái, khi công ty này đột ngột mất liên lạc với một vệ tinh khác và sau đó dường như cũng đã phát nổ. Sự cố xảy ra chỉ một tuần sau khi vệ tinh này suýt va chạm với một vệ tinh của Trung Quốc.
Sự cố mới nhất xảy ra ở độ cao khoảng 560km so với Trái Đất, là khu vực ngày càng trở nên chật chội với nhiều vệ tinh mới được phóng lên. Ước tính hiện có khoảng hơn 24.000 vật thể đang bay ở độ cao này, trong đó có khoảng 10.000 vệ tinh Starlink của SpaceX.
Vào đầu tháng 2 vừa qua, SpaceX còn gửi hồ sơ đề xuất lên Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) để xin cấp phép phóng 1 triệu vệ tinh lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp để tạo ra một mạng lưới các trung tâm dữ liệu trên không gian.
Theo các nhà phân tích độc lập, SpaceX đã không sử dụng đến từ “vụ nổ” mà chỉ gọi là “sự cố bất thường” cho vụ việc mới xảy ra với vệ tinh của mình nhằm tránh ảnh hưởng đến kế hoạch lên sàn của công ty này.
SpaceX đang chuẩn bị cho đợt phát hành cổ phiếu ra công chúng được kỳ vọng là lớn nhất mọi thời đại. Theo nhiều thông tin, SpaceX đang muốn huy động khoảng 75 tỷ USD trong đợt chào bán đầu tiên, giúp công ty được định giá ở mức 1,75 nghìn tỷ USD.
Nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra với vệ tinh của SpaceX trước thời điểm lên sàn cũng sẽ ảnh hưởng đến mức giá chào bán cổ phiếu của công ty.
Nghiên cứu chi tiết về cuộc xung đột này đã được công bố vào ngày 9/4 trên tạp chí Science. Theo tác giả chính, nhà nhân chủng học Aaron Sandel từ Đại học Texas ở Austin, Mỹ, "Tinh tinh từ một nhóm bắt đầu tấn công và giết hại những con từ nhóm khác, dẫn đến một giai đoạn bạo lực leo thang".
Mặc dù nhà nghiên cứu linh trưởng Jane Goodall từng báo cáo về một tình trạng "rạn nứt" tương tự cách đây 50 năm, đây là lần đầu tiên sự chia rẽ nội bộ như vậy được nghiên cứu và ghi lại khi nó đang diễn ra. Thông thường, các cộng đồng tinh tinh chỉ cạnh tranh với các bầy đàn lân cận về đất đai và tài nguyên.
Từ cộng đồng gắn kết đến cuộc chiến đẫm máu
Nhà nhân chủng học Sandel và nhóm của ông đã nghiên cứu cộng đồng tinh tinh Ngogo tại Vườn quốc gia Kibale, Uganda, một nhóm linh trưởng lớn với hơn 200 thành viên, đã được nghiên cứu rộng rãi trong 30 năm qua. Cộng đồng này từng được cho là khá gắn bó, ngoại trừ một vài nhóm nhỏ.
Tuy nhiên, từ năm 1998 đến 2014, một sự rạn nứt đáng chú ý đã xuất hiện khi các "phe phái" khác nhau hình thành, bao gồm một băng nhóm gồm ba con đực. Đến năm 2015, cộng đồng Ngogo đã chia thành hai đàn sống và sinh sản riêng biệt, với bộ ba nói trên đứng đầu một trong hai đàn.
Nguyên nhân chính xác của sự chia rẽ vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng cái chết của một số con đực trưởng thành đóng vai trò trung gian giữa các phe phái đã dẫn đến mối quan hệ căng thẳng và "sự thay đổi trong hệ thống phân cấp thống trị của con đực".
Nhà nhân chủng học tiến hóa James Brooks từ Trung tâm Linh trưởng Đức ở Göttingen, người không tham gia vào nghiên cứu, nhận định rằng có thể không đủ nguồn lực để duy trì một nhóm lớn bất thường như vậy, đặc biệt là nhóm có tới 30 con đực.
Bạo lực leo thang và những cái chết thương tâm
Đến năm 2018, các mối quan hệ đã hoàn toàn tan vỡ. Các phe phái ly khai bắt đầu tranh giành quyền lực tối cao và chiếm giữ các lãnh thổ riêng biệt, tương tự như các băng đảng tranh giành địa bàn.
"Tiếp theo đó là một loạt các cuộc tấn công của nhóm phía tây nhằm vào các thành viên của nhóm trung tâm", các nhà nghiên cứu viết.
"Những cuộc tấn công này dẫn đến nhiều vụ giết hại con đực trưởng thành, bắt đầu từ năm 2021, đã lan rộng thành việc giết hại con non thường xuyên, trung bình vài cái chết mỗi năm". Theo nghiên cứu, những con non chết thường bị ăn thịt.
Hiện vẫn chưa rõ chính xác cách thức cách chúng giết hại lẫn nhau, nhưng thông thường tinh tinh đánh nhau đến chết và xé thịt bằng răng. Điều đáng chú ý là những con tinh tinh từng là bạn bè trong những ngày yên bình đã quay lưng lại với nhau sau khi chia rẽ.
"Điều đặc biệt đáng chú ý là những con tinh tinh đang giết hại các thành viên cũ trong nhóm", nhà nhân chủng học Sandel nhấn mạnh, và cho biết thêm rằng cuộc xung đột vẫn đang tiếp diễn với các cuộc tấn công gần đây nhất là trong năm nay.
Mặc dù Sandel ngần ngại gọi đây là một "cuộc nội chiến" vì tinh tinh không có quốc gia, ông thừa nhận rằng "có một điểm quan trọng về mặt khái niệm khi nghĩ về chiến tranh chống lại người lạ so với chiến tranh nội bộ. Đây là những con tinh tinh quen biết nhau".
Tuy nhiên, nhà nhân chủng học tiến hóa Brooks tin rằng thuật ngữ có phần nhân cách hóa này rất phù hợp và thậm chí còn giúp làm sáng tỏ cách thức chia rẽ có thể dẫn đến đổ máu trong "xã hội loài người".
