Trong vài năm gần đây, thế giới nói nhiều về trí tuệ nhân tạo, bán dẫn, dữ liệu lớn và chuyển đổi số. Nhưng phía sau những làn sóng công nghệ đang hiện hữu ấy, một cuộc đua khác đang âm thầm diễn ra, sâu hơn, khó hơn và có thể định hình lại nền tảng công nghệ của thế kỷ XXI: cuộc đua công nghệ lượng tử.
Nếu trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi cách con người xử lý thông tin, thì công nghệ lượng tử có thể làm thay đổi chính năng lực tính toán, truyền thông, đo lường và bảo mật thông tin. Đây không chỉ là câu chuyện của vật lý học hiện đại, mà còn đang trở thành một vấn đề chiến lược của quốc gia, gắn với an ninh mạng, chủ quyền công nghệ, năng lực công nghiệp, quốc phòng, y tế, tài chính, vật liệu mới và viễn thông thế hệ mới.
Công nghệ lượng tử dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử như chồng chập, vướng víu lượng tử, giao thoa và hiệu ứng đo lường. Những khái niệm này nghe có vẻ xa lạ, nhưng có thể hiểu một cách đơn giản rằng ở cấp độ rất nhỏ của vật chất, các hạt không vận hành theo cách như thế giới quen thuộc hằng ngày. Một hệ lượng tử có thể tồn tại trong nhiều trạng thái cùng lúc; các hạt có thể liên hệ với nhau theo những cách mà vật lý cổ điển khó giải thích; và việc đo lường một hệ lượng tử có thể làm thay đổi chính trạng thái của hệ đó. Khi con người biết khai thác các đặc tính này để chế tạo thiết bị, một thế hệ công nghệ mới sẽ xuất hiện.
Vì vậy, công nghệ lượng tử không chỉ là “máy tính lượng tử”. Nó là một hệ công nghệ rộng hơn, bao gồm điện toán lượng tử, truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử, đo lường lượng tử, mô phỏng lượng tử, mật mã hậu lượng tử và vật liệu lượng tử. Mỗi hướng có tốc độ phát triển, mức độ trưởng thành và khả năng ứng dụng khác nhau. Nhưng điểm chung là chúng đều có thể tạo ra năng lực vượt trội so với công nghệ cổ điển trong một số nhiệm vụ nhất định.
Từ phòng thí nghiệm đến cuộc đua chiến lược
Trong một thời gian dài, lượng tử chủ yếu được xem là lĩnh vực của vật lý lý thuyết, nơi các nhà khoa học nghiên cứu cấu trúc sâu sắc của vật chất và năng lượng. Nhưng hiện nay, lượng tử đã rời khỏi giới hạn của phòng thí nghiệm hàn lâm để bước vào không gian chính sách công, chiến lược công nghiệp và cạnh tranh địa chính trị.
Điều này xảy ra vì công nghệ lượng tử có thể tác động đến năng lực cốt lõi của một quốc gia. Máy tính lượng tử, nếu đạt đến quy mô đủ lớn và có khả năng chịu lỗi, có thể giải một số bài toán mà máy tính cổ điển mất rất nhiều thời gian để giải. Truyền thông lượng tử có thể tạo ra các phương thức trao đổi khóa bảo mật ở mức độ rất cao. Cảm biến lượng tử có thể đo lường từ trường, trọng lực, thời gian, gia tốc hoặc các tín hiệu sinh học với độ chính xác vượt trội. Mật mã hậu lượng tử lại trở nên cấp thiết vì một số hệ mã hóa hiện nay có thể bị đe dọa khi máy tính lượng tử đủ mạnh xuất hiện.
Đó là lý do nhiều quốc gia đã bắt đầu xây dựng chiến lược lượng tử ở cấp độ quốc gia. Theo OECD, tính đến tháng 11/2025, đã có 18 quốc gia thành viên OECD cùng với Liên minh châu Âu ban hành các chiến lược quốc gia chuyên biệt về công nghệ lượng tử. Các chiến lược này không chỉ nói về nghiên cứu khoa học, mà còn bao gồm đầu tư công, phát triển nhân lực, thương mại hóa, tiêu chuẩn, an ninh, quản trị rủi ro và hợp tác quốc tế.
Nói cách khác, công nghệ lượng tử đang được nhìn nhận như một lớp hạ tầng công nghệ chiến lược mới. Nếu thế kỷ XX chứng kiến cuộc cách mạng điện tử thì thế kỷ XXI có thể chứng kiến sự nổi lên của hạ tầng lượng tử, nơi tính toán, truyền thông và đo lường được thiết kế dựa trên các nguyên lý hoàn toàn mới.
Điện toán lượng tử: Hứa hẹn lớn, thách thức cũng lớn
Trong số các hướng phát triển của công nghệ lượng tử, điện toán lượng tử là lĩnh vực được truyền thông nhắc đến nhiều nhất. Lý do rất dễ hiểu: nếu thành công, máy tính lượng tử có thể tạo ra năng lực tính toán vượt xa máy tính cổ điển trong một số bài toán đặc biệt.
Máy tính lượng tử sử dụng qubit thay vì bit cổ điển. Nếu bit cổ điển chỉ có thể nhận giá trị 0 hoặc 1, thì qubit có thể tồn tại trong trạng thái chồng chập. Điều này cho phép hệ lượng tử biểu diễn và xử lý thông tin theo cách rất khác. Về lý thuyết, điện toán lượng tử có thể tạo ra lợi thế trong các bài toán tối ưu hóa phức tạp, mô phỏng phân tử, thiết kế vật liệu mới, thiết kế thuốc, tài chính định lượng, logistics, học máy và mật mã học.
Tuy nhiên, cần nhìn nhận thận trọng. Máy tính lượng tử hiện nay vẫn chủ yếu nằm trong giai đoạn được gọi là NISQ — tức là các hệ lượng tử quy mô trung bình có nhiễu. Chúng chưa phải là những máy tính lượng tử phổ quát, ổn định và có khả năng chịu lỗi hoàn toàn. Việc duy trì trạng thái lượng tử rất khó, vì hệ lượng tử dễ bị tác động bởi môi trường bên ngoài, gây ra mất kết hợp và sai số. Để máy tính lượng tử trở thành công cụ ứng dụng rộng rãi, nhân loại còn phải vượt qua nhiều thách thức về phần cứng, thuật toán, hiệu chỉnh lỗi, điều khiển qubit, làm lạnh, tích hợp hệ thống và chi phí vận hành.
Chính vì vậy, cần tránh hai cực đoan. Một mặt, không nên xem công nghệ lượng tử như điều viễn tưởng xa vời. Nó đang phát triển thật, được đầu tư thật và có thể tạo ra tác động thật. Mặt khác, cũng không nên thổi phồng rằng máy tính lượng tử sắp thay thế toàn bộ máy tính hiện nay. Trong tương lai gần, máy tính lượng tử có thể tồn tại như một công nghệ chuyên dụng, hỗ trợ giải những bài toán nhất định trong các lĩnh vực có nhu cầu tính toán đặc biệt cao.
Truyền thông lượng tử và câu chuyện an ninh dữ liệu
Nếu điện toán lượng tử là hướng có tiềm năng đột phá nhưng còn nhiều thách thức, thì truyền thông lượng tử lại là một trong những hướng có khả năng triển khai sớm hơn. Ứng dụng nổi bật nhất là phân phối khóa lượng tử, thường được gọi là QKD. Thay vì dựa hoàn toàn vào độ khó toán học như nhiều hệ mật mã cổ điển, QKD dựa vào các nguyên lý vật lý của cơ học lượng tử để phát hiện hành vi nghe lén trong quá trình trao đổi khóa.
Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh thông tin. Trong kỷ nguyên số, dữ liệu không chỉ là tài nguyên kinh tế mà còn là tài sản chiến lược. Dữ liệu chính phủ, dữ liệu tài chính, dữ liệu hạ tầng trọng yếu, dữ liệu y tế và dữ liệu quốc phòng đều cần được bảo vệ ở mức ngày càng cao. Khi nguy cơ tấn công mạng gia tăng, các quốc gia không thể chỉ dựa vào mô hình bảo mật hiện tại, mà phải chuẩn bị cho một giai đoạn mới: giai đoạn mà chính máy tính lượng tử có thể làm thay đổi nền tảng của mật mã học.
Ở đây xuất hiện một hướng rất quan trọng: mật mã hậu lượng tử. Đây là lĩnh vực phát triển các thuật toán mật mã có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử trong tương lai. Khác với truyền thông lượng tử, mật mã hậu lượng tử không nhất thiết cần thiết bị lượng tử, mà chủ yếu là các thuật toán mới có thể triển khai trên hạ tầng số hiện có. Vì vậy, đối với nhiều quốc gia, đây là hướng chuẩn bị thực tế và cấp thiết hơn cả.
Với Việt Nam, mật mã hậu lượng tử và an toàn thông tin có thể là một trong những điểm mạnh phù hợp nhất. Việt Nam đang thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia, chính phủ số, kinh tế số, xã hội số, dữ liệu dân cư, tài chính số và hạ tầng số. Nếu không chuẩn bị từ sớm cho an toàn thông tin trong kỷ nguyên lượng tử, chúng ta có thể rơi vào thế bị động khi các tiêu chuẩn bảo mật quốc tế thay đổi.
Cảm biến lượng tử: Hướng ứng dụng gần hơn với đời sống
Một điểm thường bị bỏ qua là công nghệ lượng tử không chỉ có tính toán và truyền thông. Cảm biến lượng tử có thể là một trong những lĩnh vực tạo ra ứng dụng thực tế sớm nhất. Các cảm biến lượng tử có thể đo những thay đổi rất nhỏ của từ trường, trọng lực, gia tốc, thời gian, tần số hoặc tín hiệu sinh học. Nhờ độ nhạy cao, chúng có thể mở ra nhiều ứng dụng trong y tế, địa chất, môi trường, hàng không, quốc phòng, giao thông và công nghiệp.
Ví dụ, cảm biến trọng lực lượng tử có thể hỗ trợ phát hiện cấu trúc ngầm, khảo sát địa chất hoặc giám sát công trình. Cảm biến từ trường lượng tử có thể hỗ trợ y học, đặc biệt trong các kỹ thuật đo tín hiệu sinh học. Đồng hồ lượng tử và công nghệ đo thời gian chính xác có thể hỗ trợ định vị, viễn thông và hạ tầng tài chính. Trong bối cảnh các hệ thống 6G tương lai đòi hỏi độ chính xác rất cao về định thời, đồng bộ mạng và truyền dữ liệu, cảm biến và đo lường lượng tử có thể trở thành một phần của hạ tầng kỹ thuật mới.
Đối với Việt Nam, đây là hướng đáng quan tâm vì có thể kết nối với các nhu cầu thực tiễn như giám sát hạ tầng, phòng chống thiên tai, môi trường, y tế, quốc phòng, khai khoáng, biển đảo và công nghiệp chính xác. So với điện toán lượng tử phổ quát, cảm biến lượng tử có thể phù hợp hơn với chiến lược “đi từng bước”, vừa phát triển năng lực nghiên cứu, vừa tìm kiếm bài toán ứng dụng cụ thể.
Vật liệu lượng tử và mối liên hệ với bán dẫn
Công nghệ lượng tử không thể phát triển nếu không có vật liệu và thiết bị phù hợp. Qubit, cảm biến lượng tử, bộ nhớ lượng tử, thiết bị truyền thông lượng tử và các hệ lai đều phụ thuộc vào nền tảng vật liệu. Các vật liệu siêu dẫn, bán dẫn, vật liệu hai chiều, vật liệu tôpô, kim cương có khuyết tật NV center, hệ spin và các cấu trúc nano đều có vai trò quan trọng trong việc tạo ra các thiết bị lượng tử ổn định.
Điều này khiến công nghệ lượng tử có mối liên hệ mật thiết với ngành công nghiệp bán dẫn. Một quốc gia muốn tham gia vào lĩnh vực lượng tử không nhất thiết phải bắt đầu bằng việc ngay lập tức chế tạo một máy tính lượng tử hoàn chỉnh. Có thể bắt đầu từ vật liệu, linh kiện, vi chế tạo, đo lường chính xác, thiết kế chip điều khiển, phần mềm mô phỏng hoặc các công đoạn hỗ trợ trong chuỗi giá trị. Đây là một gợi ý quan trọng cho Việt Nam, khi chúng ta đang đặc biệt quan tâm đến chiến lược phát triển công nghiệp bán dẫn.
Nếu bán dẫn là nền tảng của công nghệ số hiện nay, thì vật liệu và thiết bị lượng tử có thể là nền tảng cho một lớp công nghệ mới trong tương lai. Vì vậy, việc kết nối chương trình bán dẫn với đào tạo và nghiên cứu lượng tử là một hướng đi cần được tính đến từ sớm. Không nên xem lượng tử là một lĩnh vực biệt lập, mà nên đặt nó trong tam giác chiến lược gồm AI – bán dẫn – lượng tử.
Nhiều quốc gia đang làm gì?
Hoa Kỳ là một trong những quốc gia dẫn đầu trong lĩnh vực khoa học thông tin lượng tử. National Quantum Initiative của Hoa Kỳ được thiết kế như một cách tiếp cận toàn chính phủ nhằm duy trì vai trò lãnh đạo của Mỹ trong khoa học thông tin lượng tử. Chương trình này huy động nhiều cơ quan liên bang, kết nối nghiên cứu cơ bản với công nghiệp, đào tạo nhân lực và các mục tiêu về thịnh vượng, an ninh.
Điểm đáng chú ý trong mô hình của Hoa Kỳ là hệ sinh thái. Nhà nước không làm thay thị trường, nhưng đóng vai trò kiến tạo năng lực nền tảng. Các trường đại học tạo ra tri thức và nhân lực. Phòng thí nghiệm quốc gia phát triển năng lực nghiên cứu quy mô lớn. Doanh nghiệp công nghệ thúc đẩy thương mại hóa. Các quỹ đầu tư và hệ sinh thái khởi nghiệp hỗ trợ đưa công nghệ ra thị trường.
Vương quốc Anh cũng là một trường hợp đáng chú ý. Chiến lược lượng tử quốc gia của Anh được công bố năm 2023, đặt ra tầm nhìn 10 năm để Anh trở thành một nền kinh tế được hỗ trợ bởi công nghệ lượng tử. Chính phủ Anh cam kết đầu tư dài hạn cho nghiên cứu, đổi mới, kỹ năng, thương mại hóa và chuỗi cung ứng.
Liên minh châu Âu tiếp cận công nghệ lượng tử theo hướng chủ quyền công nghệ và năng lực công nghiệp. Quantum Europe Strategy năm 2025 xác định các lĩnh vực chính gồm điện toán và mô phỏng lượng tử, cảm biến lượng tử và truyền thông lượng tử. Cách tiếp cận của châu Âu nhấn mạnh không chỉ nghiên cứu mà còn hạ tầng, tiêu chuẩn, kỹ năng, doanh nghiệp khởi nghiệp và chuỗi giá trị công nghiệp.
Trung Quốc, Nhật Bản, Canada, Australia và Ấn Độ cũng có các chương trình mạnh theo những cách khác nhau. Trung Quốc nổi bật ở mô hình đầu tư tập trung và hạ tầng truyền thông lượng tử. Nhật Bản kết nối lượng tử với Society 5.0, công nghiệp chế tạo, ngành bán dẫn và siêu máy tính. Canada có nền tảng nghiên cứu lượng tử mạnh và chú trọng phát triển hệ sinh thái. Australia nhấn mạnh thương mại hóa và công nghiệp lượng tử. Ấn Độ tiếp cận lượng tử như một nhiệm vụ quốc gia dài hạn, gắn với tự chủ công nghệ và năng lực khoa học – công nghiệp.
Điểm chung của các quốc gia này là họ không xem công nghệ lượng tử như một vài đề tài nghiên cứu rời rạc. Họ xây dựng chương trình quốc gia, có ngân sách, có trung tâm nghiên cứu, có chiến lược nhân lực, có kết nối với doanh nghiệp, có lộ trình ứng dụng và có nhận thức rõ về rủi ro an ninh.
Việt Nam cần chuẩn bị gì?
Câu hỏi quan trọng không phải là: Việt Nam có thể ngay lập tức trở thành cường quốc lượng tử hay không. Câu hỏi thực tế hơn là: Việt Nam cần chuẩn bị như thế nào để không đứng ngoài một làn sóng công nghệ chiến lược mới?
Trước hết, Việt Nam cần nhận diện công nghệ lượng tử như một lĩnh vực công nghệ chiến lược dài hạn. Đây không phải là lĩnh vực có thể tạo ra sản phẩm đại trà ngay trong vài năm, nhưng nếu không đầu tư từ sớm vào nhân lực và năng lực nền tảng, chúng ta sẽ rất khó tham gia khi công nghệ bước vào giai đoạn ứng dụng rộng hơn. Bài học từ bán dẫn cho thấy: những năng lực chiến lược cần nhiều năm chuẩn bị, đặc biệt là đào tạo nhân lực, xây dựng phòng thí nghiệm, phát triển nhóm nghiên cứu và kết nối với chuỗi giá trị toàn cầu.
Thứ hai, Việt Nam nên bắt đầu từ đào tạo nhân lực lượng tử. Nhân lực là điểm nghẽn lớn nhất nhưng cũng là điểm vào khả thi nhất. Cần có các chương trình đào tạo liên ngành giữa vật lý, toán học, khoa học máy tính, kỹ thuật điện tử, mật mã học, vật liệu và bán dẫn. Không nên chỉ đào tạo “vật lý lượng tử” theo nghĩa hẹp, mà cần đào tạo khoa học và công nghệ lượng tử theo cách gắn với tính toán, thiết bị, phần mềm, an toàn thông tin và ứng dụng công nghiệp.
Các đại học nghiên cứu lớn có thể đi đầu trong việc xây dựng học phần, phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu và chương trình sau đại học về lượng tử. Đồng thời, cần có học bổng tiến sĩ, sau tiến sĩ và chương trình trao đổi quốc tế trong các lĩnh vực như thuật toán lượng tử, mật mã hậu lượng tử, cảm biến lượng tử, vật liệu lượng tử và kỹ thuật điều khiển hệ lượng tử.
Thứ ba, Việt Nam nên ưu tiên mật mã hậu lượng tử và an toàn thông tin như một hướng đi gần, thiết thực và cấp bách. Đây là lĩnh vực không đòi hỏi ngay hệ thống phần cứng lượng tử đắt đỏ, nhưng có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh số. Các cơ quan quản lý, tổ chức tài chính, viễn thông, quốc phòng, ngân hàng, hạ tầng dữ liệu và các nền tảng số cần bắt đầu đánh giá rủi ro lượng tử đối với các hệ thống mã hóa hiện có. Việc chuẩn bị chuyển đổi sang các chuẩn mật mã hậu lượng tử nên được đưa vào lộ trình an toàn thông tin quốc gia.
Thứ tư, Việt Nam có thể phát triển cảm biến và đo lường lượng tử phục vụ ứng dụng. Đây là hướng có thể gắn với những bài toán cụ thể của đất nước, như giám sát hạ tầng, khảo sát địa chất, môi trường, y tế, biển đảo, quốc phòng và công nghiệp. Thay vì đặt mục tiêu quá xa là chế tạo máy tính lượng tử hoàn chỉnh, Việt Nam có thể chọn một số ngách cảm biến lượng tử phù hợp với năng lực nghiên cứu hiện có và nhu cầu ứng dụng trong nước.
Thứ năm, cần kết nối lượng tử với AI, bán dẫn, 6G và khoa học vật liệu. Các chương trình công nghệ chiến lược không nên vận hành tách rời. AI cần năng lực tính toán mới. Bán dẫn cung cấp nền tảng thiết bị. 6G cần đồng bộ, bảo mật và cảm biến tiên tiến. Khoa học vật liệu là nền tảng cho phần cứng lượng tử. Nếu biết thiết kế chính sách liên ngành, Việt Nam có thể tận dụng đầu tư vào bán dẫn và AI để tạo nền tảng cho năng lực lượng tử trong tương lai.
Một chương trình quốc gia về công nghệ lượng tử?
Việt Nam có thể cân nhắc xây dựng một chương trình quốc gia về khoa học và công nghệ lượng tử. Tuy nhiên, chương trình này cần thực tế, có trọng tâm và có lộ trình rõ ràng. Không nên bắt đầu bằng khẩu hiệu quá lớn hoặc mục tiêu vượt quá khả năng. Giai đoạn đầu có thể tập trung vào 4 việc: đào tạo nhân lực, xây dựng nhóm nghiên cứu mạnh, phát triển một số phòng thí nghiệm nền tảng và tham gia mạng lưới hợp tác quốc tế.
Chương trình này có thể gồm các hợp phần như: trung tâm nghiên cứu liên ngành về công nghệ lượng tử; chương trình đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ và sau tiến sĩ; nhóm nghiên cứu trọng điểm về mật mã hậu lượng tử; phòng thí nghiệm cảm biến lượng tử; chương trình nghiên cứu vật liệu và thiết bị lượng tử; cơ chế hợp tác với doanh nghiệp công nghệ; và chương trình hợp tác với các đại học, viện nghiên cứu quốc tế.
Quan trọng hơn, cần có cơ chế tài trợ dài hạn. Công nghệ lượng tử không thể phát triển bằng các đề tài ngắn hạn, phân tán và thiếu tích lũy. Cần tài trợ theo nhóm nghiên cứu, phòng thí nghiệm, nền tảng dùng chung và mục tiêu năng lực. Các nhà khoa học trẻ cần có cơ hội theo đuổi hướng nghiên cứu dài hạn mà không bị áp lực phải chỉ tạo ra sản phẩm ngắn hạn.
Không thể chờ đến khi công nghệ chín muồi
Công nghệ lượng tử có thể chưa tác động đến đời sống hằng ngày nhanh như trí tuệ nhân tạo, nhưng nó đang định hình một lớp năng lực công nghệ mới của thế giới. Quốc gia nào chuẩn bị sớm sẽ có cơ hội tham gia vào chuỗi giá trị mới. Quốc gia nào chờ đến khi công nghệ chín muồi mới bắt đầu sẽ chỉ có thể mua lại công nghệ, phụ thuộc vào chuẩn mực và hạ tầng của người khác.
Đối với Việt Nam, cách tiếp cận phù hợp không phải là chạy đua dàn trải, mà là chọn đúng điểm vào. Trước mắt, cần ưu tiên đào tạo nhân lực, mật mã hậu lượng tử, cảm biến lượng tử ứng dụng và kết nối với chương trình AI – bán dẫn – an ninh mạng. Về lâu dài, cần xây dựng năng lực nghiên cứu, hạ tầng phòng thí nghiệm, đội ngũ chuyên gia và hợp tác quốc tế để từng bước tham gia vào hệ sinh thái lượng tử toàn cầu.
Kỷ nguyên lượng tử đang đến. Nó có thể đến sau trí tuệ nhân tạo trong cảm nhận của công chúng, nhưng sẽ có tác động chiến lược rất sâu. Chuẩn bị cho kỷ nguyên ấy không chỉ là chuẩn bị cho một công nghệ mới, mà còn là chuẩn bị cho năng lực tự chủ của quốc gia trong một trật tự công nghệ mới.
Tài liệu tham khảo:
1.OECD. An overview of national strategies and policies for quantum technologies. OECD Science, Technology and Industry Policy Papers, December 2025.
2.National Quantum Initiative. National Quantum Initiative Fact Sheet và NQI Annual Report FY2024.
3.UK Government. National Quantum Strategy, 2023.
