Mỹ – Nhật hợp tác phát triển máy tính lượng tử, Nhật Bản có đột phá quan trọng

Công nghệ lượng tử là một trong những trọng tâm của cuộc cạnh tranh công nghệ cao giữa Mỹ và Trung Quốc. Mỹ và Nhật Bản sẽ cùng nghiên cứu thế hệ bán dẫn mới được sử dụng trong máy tính lượng tử để thúc đẩy các ứng dụng thực tế. Gần đây, Nhật Bản đã thành công trong phát triển máy tính lượng tử tốc độ cao “cổng hai qubit” được cho là “thành tựu vượt thời đại”.

Cuộc họp đầu tiên của Ủy ban Tham vấn Chính sách Kinh tế Mỹ-Nhật Bản tại Washington vào ngày 29/7 với tham dự của các quan chức quan trọng: Bộ trưởng Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản Koichi Hagiuda; Bộ trưởng Ngoại giao Nhật Bản Yoshimasa Hayashi; Ngoại trưởng Mỹ Blinken; và Bộ trưởng Thương mại Mỹ Raymondo. (Nguồn: Tom Brenner / POOL / AFP).

Đột phá về “cổng hai qubit” của Nhật Bản

Vào ngày 9/8, một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Phân tử Okazaki Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí khoa học Nature Photonics, cho biết thành công nâng cấp tốc độ thuật toán “cổng hai qubit” là cốt lõi của “máy tính lượng tử” có hiệu suất cao hơn nhiều so với máy tính thông thường được biết đến hiện nay.

So với đơn vị bit của máy tính là “0” hoặc “1” thì “đơn vị lượng tử” của máy tính lượng tử là “qubit” có thể đại diện cho “trạng thái chồng chéo lẫn nhau của 0 và 1”.

Việc sử dụng cổng hai qubit trong đó hai qubit được kết nối có thể mang lại tốc độ cực nhanh, nhưng khó khăn là nó dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn từ môi trường bên ngoài. Nhóm nghiên cứu đã sắp xếp từng nguyên tử rubidi bị đóng băng đến gần độ không tuyệt đối và chiếu tia laser chỉ với một phần trăm tỷ giây, giúp đạt được tốc độ đủ cao để bỏ qua ảnh hưởng của tiếng ồn.

Theo Kyodo News, giáo sư Kenji Omori tại viện nghiên cứu này cho biết lần này đã thành công đạt được tốc độ cao nhất giữa các cổng hai qubit, nhanh hơn gấp đôi so với kỷ lục thế giới trước đó của Google là 6,5 nano giây (1 nano giây [ns] = 0,000 000 001 giây [s]).

Nếu phương pháp này được sử dụng, nó được dự đoán trong tương lai sẽ rút ngắn xuống còn 1 nano giây. Giáo sư Kenji Omori nhấn mạnh, “Đây là một thành tựu vượt thời đại vượt qua mọi ranh giới”.

Hợp tác nghiên cứu chất bán dẫn thế hệ mới cho máy tính lượng tử

Tại Washington vào ngày 29/7, Mỹ và Nhật đã lần đầu tiên tổ chức hội đàm “kinh tế 2 + 2” (bộ trưởng ngoại giao và bộ trưởng thương mại). Các quan chức của Mỹ và Nhật Bản đã thông báo tại cuộc họp rằng họ sẽ bắt đầu thành lập các tổ chức nghiên cứu và phát triển mới để nghiên cứu thế hệ chất bán dẫn mới.

Theo Reuters, Bộ trưởng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản Koichi Hagiuda nói rằng “Nhật Bản sẽ nhanh chóng tiến tới nghiên cứu chất bán dẫn thế hệ tiếp theo”, đồng thời cho biết thêm rằng Washington và Tokyo đã đồng ý khởi động một “cơ sở nghiên cứu và phát triển mới” để ổn định nguồn cung cấp an toàn cho các thành phần quan trọng.

Trước đó Nikkei đưa tin, trong các cuộc đàm phán kinh tế giữa hai bên, Nhật Bản và Mỹ dự kiến ​​sẽ nghiên cứu chung về chất bán dẫn thế hệ tiếp theo để đảm bảo nguồn cung an toàn của thành phần quan trọng này. Chính phủ Nhật Bản và Mỹ sẽ bắt đầu nghiên cứu chung với mục tiêu sản xuất hàng loạt chất bán dẫn thế hệ tiếp theo được sử dụng trong máy tính lượng tử.

Trong năm nay, Nhật Bản sẽ thiết lập một cơ sở nghiên cứu và phát triển mới (R&D) như cửa sổ giữa hai nước, đồng thời thiết lập một dây chuyền sản xuất thử nghiệm cho việc nghiên cứu các tấm wafer bán dẫn 2 nanomet, mục tiêu là sớm nhất vào năm 2025 thiết lập một hệ thống sản xuất hàng loạt ở Nhật Bản. Cơ sở R&D hợp tác với Viện Công nghệ Công nghiệp Nhật Bản, Viện Vật lý và Hóa học, Đại học Tokyo, đồng thời linh hoạt sử dụng các thiết bị và tài năng của Trung tâm Công nghệ Bán dẫn Mỹ (NSTC).

Vào tháng Năm năm nay, Bộ trưởng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản Koichi Hagiuda và Bộ trưởng Thương mại Mỹ Raymondo đã đề xuất một chính sách hợp tác liên quan đến chất bán dẫn, đồng thời đã hoàn thiện một kế hoạch cụ thể dựa trên thỏa thuận đạt được tại hội nghị thượng đỉnh Nhật Bản-Mỹ sau đó.

Cùng IBM ra mắt máy tính lượng tử tại Tokyo

Vào ngày 27/7/2021, chi nhánh Nhật Bản của Tập đoàn IBM tuyên bố rằng IBM đã cho ra mắt máy tính lượng tử ứng dụng thương mại đầu tiên của Nhật Bản, đây cũng là dự án hợp tác giữa Mỹ và Nhật Bản để thúc đẩy công nghệ điện toán lượng tử vào các ứng dụng thực tế để đối trọng với Trung Quốc trong lĩnh vực này.

Theo Nikkei, máy tính lượng tử “IBM Quantum System One” đang hoạt động tại Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Kawasaki (Kawasaki Business Incubation Center) gần Tokyo. Đại học Tokyo sẽ quản lý quyền truy cập vào chiếc máy, được sử dụng bởi Hiệp hội Sáng kiến ​​Đổi mới Lượng tử (Quantum Innovation Initiative Consortium), thành viên còn bao gồm Đại học Keio và Toyota Motor.

Bên cạnh Mỹ, Nhật Bản trở thành quốc gia thứ 2 sau Đức lắp đặt máy tính lượng tử của IBM. Trước đó vào ngày 15/6/2021 IBM đã triển khai máy tính lượng tử “IBM Quantum System One” tại trụ sở chính ở Enningen, Đức.

Máy tính lượng tử có thể thực hiện một số tính toán quy mô lớn nhanh hơn nhiều so với máy tính thông thường tốt nhất và có thể có lợi thế trong các lĩnh vực như phá mã, tối ưu hóa dữ liệu lớn, dự báo thời tiết, phân tích thuốc…

Các tổ chức của Trung Quốc, bao gồm Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cũng đang phát triển mạnh mẽ công nghệ điện toán lượng tử, đe dọa sự lãnh đạo của những gã khổng lồ công nghệ Mỹ như IBM và Google. Nhật Bản và Mỹ hướng tới việc sử dụng hệ thống của IBM để đạt được lợi thế thực tế.

Nhật Bản công bố dự thảo chiến lược quốc gia về công nghệ lượng tử

Tờ Yomiuri Shimbun của Nhật Bản đưa tin vào ngày 7/4 năm nay rằng dự thảo chiến lược quốc gia mới của Nội các Nhật Bản về công nghệ lượng tử đã được công bố vào ngày 6/4. Chiến lược này là cốt lõi của chiến lược phát triển trong chính sách đặc trưng của nội các Kishida về “chủ nghĩa tư bản mới”. Chiến lược đề xuất xây dựng “máy tính lượng tử nội địa” đầu tiên trong năm 2022, thiết lập các cơ sở nghiên cứu và hỗ trợ công nghệ lượng tử ở 4 nơi, bao gồm Đại học Tohoku. Chiến lược cũng đề xuất mục tiêu đến năm 2030 số người [Nhật Bản] sử dụng công nghệ lượng tử sẽ đạt 10 triệu người.

Chiến lược quốc gia mới có tiêu đề dự kiến ​​là “Triển vọng xã hội lượng tử trong tương lai”, tuyên bố công nghệ lượng tử “sẽ trở thành công nghệ then chốt cốt lõi cho quyền bá chủ giữa các quốc gia trong tương lai”, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong an ninh kinh tế và kêu gọi “tính cấp thiết của sở hữu công nghệ lượng tử hàn đầu, phải trau dồi và đảm bảo tính ổn định và bền vững của nguồn lực người tài”.

Cụ thể, ngoài việc xây dựng cơ sở chịu trách nhiệm ươm mầm tài năng công nghiệp tại Đại học Tohoku, kế hoạch cũng sẽ thành lập các cơ sở tại Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa, Viện Công nghệ Công nghiệp và Viện Nghiên cứu và Phát triển Khoa học và Công nghệ Lượng tử, giúp tham gia vào nghiên cứu liên quan và cung cấp hỗ trợ. Ngoài ra, các quỹ của chính phủ nên được sử dụng để tìm cách tạo ra các ngành công nghiệp mới và thúc đẩy các doanh nghiệp mới nổi.

Các nước chạy đua để phát triển công nghệ lượng tử

Ngày 22/3 năm nay, Israel đã công bố máy tính lượng tử đầu tiên. Chuyên gia Israel nhận định thành công này giúp cải thiện an ninh mạng, dược phẩm, vật liệu, tài chính và các ngành công nghiệp sản xuất tiên tiến của đất nước.

Tại một cuộc họp báo chung liên bộ của Đài Loan ngày 16/3 năm nay, các cơ quan như Viện Hành chính cùng Viện hàn lâm Sinica, Bộ Kinh tế và Bộ Khoa học và Công nghệ đã cùng thông báo về việc thành lập “Nhóm Quốc gia Lượng tử”. “Quốc gia Lượng tử” bao gồm 17 nhóm nghiên cứu có 72 chuyên gia và học giả cùng 24 công ty bao gồm Hon Hai và TSMC. Hướng nghiên cứu sẽ tập trung vào các công nghệ như linh kiện lượng tử, máy tính lượng tử, thuật toán lượng tử và truyền thông lượng tử. Dự kiến ​​sẽ đầu tư khoảng 280 triệu USD để vào năm 2026 mở rộng phát triển công nghệ lượng tử, hy vọng tương lai Đài Loan có thể tự chủ lắp ráp máy tính lượng tử.

Năm 2021, Chính phủ Vương quốc Anh công bố “kế hoạch đẩy mạnh phát triển điện toán lượng tử”, mục tiêu là đảm bảo đến năm 2040 Vương quốc Anh có thể chiếm 50% thị phần điện toán lượng tử toàn cầu.

Năm 2021, IBM đã công bố máy tính lượng tử Eagle 127-bit và dự kiến vào năm 2023 ​​ra mắt máy tính Condor 1121 qubit.

Trước đó năm 2018 Thượng viện và Hạ viện Mỹ đã chính thức thông qua “Đạo luật cơ bản về lượng tử” để phát triển nghiên cứu lượng tử. Ngoài ra tháng Tư cùng năm, Liên minh châu Âu cũng tổ chức một hội nghị về thỏa thuận lượng tử tại Vienna với hy vọng không để tụt lại trong lĩnh vực AI, an ninh mạng và công nghệ lượng tử. Cùng năm đó, Nhật Bản cũng đưa “chương trình nhảy vọt lượng tử” vào chính sách quốc gia với hy vọng giành được vị trí hàng đầu trong cạnh tranh ở lĩnh vực này.