Chương 5: Chiến lược lượng tử và bán dẫn trong tương lai gần

Khi công nghệ lượng tử được khai mở

Nhìn lại lịch sử, có một khía cạnh cho thấy rằng những công nghệ mới thường được phát triển dưới tác động của chiến tranh và xung đột. Đó là bởi các công nghệ được phát triển nhằm đánh bại kẻ thù, sau khi các cuộc khủng hoảng quân sự qua đi, sẽ được mở ra cho lĩnh vực dân sự dưới danh nghĩa “sử dụng vì hòa bình”.

Sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, máy tính – được phát triển để tính toán quỹ đạo của tên lửa – và công nghệ hạt nhân – vốn đóng vai trò trung tâm trong bom nguyên tử – đã được mở ra cho mục đích dân sự.

Sau khi Liên bang Xô Viết sụp đổ vào năm 1991, Internet và GPS – những công nghệ được phát triển để bóc trần thông tin và vị trí căn cứ của đối phương – cũng được mở rộng sang các ứng dụng dân sinh.

Và hiện tại, thế giới đang ở trong tình trạng khủng hoảng với cuộc chiến tại Ukraine và tình hình ngày càng căng thẳng tại Trung Đông. Sau khi cuộc khủng hoảng này kết thúc, thì điều gì sẽ được “khai mở”?

Có thể “công nghệ lượng tử” sẽ trở thành một trong những ứng cử viên tiêu biểu.

Lượng tử là tên gọi chung của những hạt cực kỳ nhỏ bé. Ví dụ, nếu chúng ta liên tục chia đôi một giọt dầu, đến một mức nào đó thì sẽ không thể chia nhỏ hơn nữa. Đó được gọi là phân tử – một thực thể siêu nhỏ nhưng vẫn giữ được tính chất của dầu.

Phân tử được cấu thành từ nguyên tử; nguyên tử được cấu thành từ electron và hạt nhân nguyên tử; và hạt nhân nguyên tử lại được cấu thành từ neutron, proton,…
Những thành phần như nguyên tử, electron, hạt nhân nguyên tử, proton, neutron, v.v… được gọi chung là lượng tử (xem Biểu đồ 5-1).

Vì kích thước của nguyên tử chỉ bằng một phần trăm triệu centimet, và neutron chỉ khoảng một phần mười nghìn tỷ centimet, nên ở thế giới siêu vi mô này, các quy luật vật lý hoàn toàn khác với thế giới mà chúng ta thường thấy – như thể một “dị giới”. Chính thế giới đó tuân theo hai quy luật là “chồng chập lượng tử (quantum superposition)” và “rối lượng tử (quantum entanglement)”.
Máy tính lượng tử là cỗ máy thực hiện tính toán dựa trên những đặc tính độc đáo của lượng tử như vậy. Đặc biệt, quy luật chồng chập lượng tử thực sự phi thường.

Như đã giới thiệu trước đó, máy tính cổ điển hiện nay biểu diễn mọi thông tin dưới dạng 0 và 1.

Ví dụ, ký tự «ハ» (Ha) trong từ “半導体 – bán dẫn” được biểu diễn bằng một chuỗi 24 chữ số nhị phân như sau: 111000111000001110001111

Khi từ đó trở thành “ハンドウタイ” (Ha-n-do-u-ta-i) với 6 ký tự thì sẽ là:

111000111000001110001111

111000111000001110110011

2111000111000001110001001

111000111000001010100110

111000111000001010111111

111000111000001010100100

Tổng cộng sẽ là 24 × 6 = 144 chữ số nhị phân (bit).

Tuy nhiên, máy tính lượng tử có thể biểu diễn 0 và 1 đồng thời, vì vậy nó có thể thể hiện toàn bộ bằng chỉ 24 chữ số trong một lần duy nhất (xem Biểu đồ 5-2).