“Năng suất lượng tử” – yếu tố quyết định tương lai

Như đã phân tích, cho đến nay ta có mối quan hệ sau giữa các loại năng suất:

gr < b

Tuy nhiên, gần đây, tốc độ tăng trưởng của năng suất bit bắt đầu chậm lại.

Như đã đề cập ở Chương 1, khi công nghệ bán dẫn ngày càng tiến đến mức siêu thu nhỏ (nanometer), chi phí để xây dựng một nhà máy sản xuất chip tiên tiến đã vượt mức 2 nghìn tỷ yên, chưa kể chi phí nghiên cứu phát triển, quy trình sản xuất và chi phí chế tạo tiếp tục phình to theo thời gian. Nếu hiệu năng không được cải thiện một cách đột phá, thì năng suất tổng thể buộc phải giảm dần.

Trường hợp chỉ cần một công ty duy nhất quyết định đầu tư với mục tiêu nâng hiệu năng không phải gấp đôi sau 2 năm mà là sau 1 năm, và thực sự đạt được điều đó, thì cục diện sẽ thay đổi hoàn toàn. Tuy nhiên, trong thực tế, toàn bộ chuỗi cung ứng bán dẫn – kể cả các công ty foundry – đều đầu tư dựa trên nhịp điệu của Định luật Moore, và không ai chọn cách bứt phá một mình. Chính sự đồng thuận này mang lại sự ổn định để các bên cùng đầu tư.

Điều đó khiến ngành công nghiệp bán dẫn hiện tại giống như một lĩnh vực vận hành theo một bản đồ lộ trình khổng lồ (roadmap) chung. Nhưng khi đã hơn nửa thế kỷ trôi qua kể từ khi Định luật Moore ra đời, giới hạn của công nghệ thu nhỏ cũng ngày càng hiện rõ. Về mặt lý thuyết, khi transistor đạt đến kích thước tương đương nguyên tử, đó sẽ là điểm giới hạn.

Trong ngắn hạn, các công nghệ như GAA (Gate-All-Around) hay đóng gói 3D có thể giúp duy trì tiến độ, nhưng không ai có thể chắc chắn được rằng chúng sẽ kéo dài được bao lâu. Năng suất của “bit” rồi cũng sẽ đạt đến ngưỡng giới hạn. Khi đó, cần một khái niệm hoàn toàn khác với chất bán dẫn, một yếu tố có thể vượt xa Định luật Moore – một “bộ tăng tốc” (accelerator) mới.

Và bộ tăng tốc đó chính là lượng tử.

Thế giới lượng tử có khả năng tạo ra hiệu năng vượt xa thế giới của bit truyền thống. Không chỉ trong máy tính lượng tử, mà khi công nghệ lượng tử được áp dụng vào mã hóa, năng lượng, truyền thông hay logistics, một cuộc cách mạng về năng suất có thể diễn ra trên diện rộng. Ngay cả máy tính lượng tử cũng có một chỉ số tương đương với Định luật Moore, gọi là Quantum Volume (khối lượng lượng tử). Đáng kinh ngạc là thông số này không tăng gấp đôi trong 2 năm, mà tăng gấp đôi mỗi năm.

Trong khi công nghệ bán dẫn phải mất 40 năm để nâng hiệu năng lên 1 triệu lần, thì máy tính lượng tử có thể đạt được điều đó chỉ trong chưa đầy một năm.
Nếu ký hiệu năng suất lượng tử là q, thì trong tương lai, bất đẳng thức có thể sẽ trở thành:

gr < b < q

Thế giới lượng tử lý tưởng có thể sẽ hình thành vào khoảng năm 2050, nhưng riêng máy tính lượng tử có khả năng được đưa vào ứng dụng xã hội từ cuối thập niên 2020. Quá trình này đã bắt đầu, không chỉ ở các quốc gia khác mà ngay tại Nhật Bản cũng đang có sự hợp tác giữa các viện nghiên cứu quốc gia và các doanh nghiệp đổi mới toàn cầu như IBM để phát triển công nghệ hướng đến triển khai thực tiễn.

Về công nghệ lượng tử, nội dung chi tiết hơn sẽ được trình bày trong Chương 5.