Câu hỏi đặt ra là liệu điện toán lượng tử đang tiến gần tới thời điểm hiện thực hóa những đột phá mà nó hứa hẹn hay chưa và câu trả lời đến nay vẫn chưa rõ ràng. Công nghệ này vẫn gặp nhiều thách thức: chưa chứng minh được ưu thế trước điện toán cổ điển trong ứng dụng thực; độ tin cậy của các thao tác lượng tử còn thấp; trong khi điện toán cổ điển tiếp tục cải thiện nhanh nhờ GPU, thuật toán và các thư viện AI.
Tuy nhiên, động lực phát triển của lượng tử là không thể phủ nhận. Số qubit vật lý thước đo năng lực cốt lõi vẫn tăng gấp đôi mỗi 1–2 năm kể từ 2018 và được kỳ vọng duy trì trong 3–5 năm tới. Bất chấp đầu tư công nghệ giảm 50%, lĩnh vực lượng tử vẫn thu hút 1,2 tỷ USD vốn mạo hiểm năm 2023, phản ánh niềm tin mạnh mẽ của nhà đầu tư. Chính phủ Mỹ, Trung Quốc và nhiều quốc gia khác cũng tăng tốc tài trợ, với tổng ngân sách dự kiến vượt 10 tỷ USD trong vài năm tới.
Bài viết này phân tích hai bức tranh trái ngược những hạn chế dai dẳng và các bước tiến đáng kể để lý giải cách chúng có thể tương tác và mở đường cho việc giải phóng toàn bộ tiềm năng của điện toán lượng tử.
1.Những Thách Thức Trong Việc Tạo Giá Trị Trong Kỷ Nguyên NISQ
Dự báo thị trường điện toán lượng tử sẽ phát triển qua ba giai đoạn—và đến nay nhận định này vẫn còn nguyên giá trị: giai đoạn NISQ kéo dài đến 2030, giai đoạn đạt lợi thế lượng tử rộng rãi từ 2030–2040, và giai đoạn lượng tử chịu lỗi toàn phần sau 2040.
Dự báo rằng điện toán lượng tử có thể tạo ra 450–850 tỷ USD giá trị kinh tế, tương ứng một thị trường trị giá 90–170 tỷ USD cho các nhà cung cấp phần cứng và phần mềm vào năm 2040. Quy mô này phù hợp với thị trường dự kiến của các nhà cung cấp HPC, được Statista ước tính khoảng 125 tỷ USD vào năm 2040.
Tuy nhiên, kỳ vọng về khả năng tạo giá trị trong ngắn hạn ở kỷ nguyên NISQ tỏ ra quá lạc quan và cần điều chỉnh. Điều này đòi hỏi các doanh nghiệp trong một số ngành phải xem xét lại chiến lược tiếp cận công nghệ lượng tử của mình.
Dự báo năm 2021 của chúng tôi dựa trên hai tiêu chí được cho là sẽ hội tụ để giúp lượng tử vượt hiệu năng máy tính cổ điển:
1.Hiệu năng phần cứng – kỳ vọng quantum volume, dựa trên số lượng qubit và độ tin cậy, sẽ tăng gấp đôi sau mỗi một đến hai năm.
2.Hiệu năng phần mềm – kỳ vọng sự xuất hiện của các thuật toán lượng tử mới giúp khai thác tốt hơn phần cứng và tạo lợi thế vượt trội về tốc độ, hiệu suất năng lượng hoặc mở ra ứng dụng mới.
Hơn 100 ứng dụng tiềm năng thuộc bốn nhóm vấn đề mà lượng tử có thể mang lại lợi thế: mô phỏng, tối ưu hóa, học máy và mật mã học.
Khả năng tạo lợi thế của lượng tử trong các bài toán phức tạp
- Tối ưu (Optimal).
Trong các bài toán tối ưu hóa, mô phỏng và học máy, máy tính cổ điển thường dựa vào heuristic và tạo sai số 5–20%. Dù kỳ vọng lượng tử có thể cải thiện mức sai số này, các thuật toán NISQ hiện nay (QAOA, VQE) cũng mang tính heuristic và kém ổn định hơn bộ giải cổ điển đã được tinh chỉnh qua nhiều thập kỷ. Do đó, trước khi đạt sửa lỗi quy mô lớn, máy cổ điển và AI vẫn giữ ưu thế trong phần lớn bài toán tối ưu khó. - Khó giải (Intractable).
Điện toán lượng tử vượt trội ở các bài toán đòi hỏi giải chính xác—như mô phỏng phân tử, vật liệu hay tính chất hóa học—những lĩnh vực mà máy cổ điển không xử lý được do nhu cầu tính toán tăng theo hàm mũ. Dù AI đạt tiến bộ, nó bị ràng buộc bởi dữ liệu huấn luyện, luôn có sai số và giảm chính xác khi vượt ngoài phạm vi dữ liệu. Với không gian phân tử cực lớn (như protein ~10⁵⁰ cấu hình), AI không thể bao phủ đầy đủ.
Do đó, lượng tử vẫn là giải pháp tối ưu cho các bài toán mô phỏng tự nhiên phức tạp như Feynman từng hình dung.
2.Phần cứng và phần mềm chưa đạt kỳ vọng
2.1 Phần cứng tiến chậm:
Dù số qubit tăng, độ tin cậy vẫn thấp. Các ứng dụng hữu ích cần 10.000–20.000 thao tác cổng với độ tin cậy gần tuyệt đối, nhưng hệ >30 qubit mới đạt ~99,5% (tăng lên 99,9% vào 4/2024). Máy hiện chỉ chịu được 1.000–10.000 thao tác, trong khi thuật toán thực tế cần hàng triệu–tỷ thao tác. Khoảng cách vẫn rất lớn.
Thuật toán mới cũng chững lại—phần lớn đột phá đã hình thành trước 2010, và thập kỷ qua gần như không có tiến triển.
2.2 Cạnh tranh từ điện toán cổ điển, đặc biệt là AI, mạnh hơn dự đoán:
AI đã giải được nhiều bài toán từng được xem là khó giải. Dù về dài hạn lượng tử có ưu thế tự nhiên trong các vấn đề cực phức tạp (many-body, NP-hard), trong kỷ nguyên NISQ, thuật toán lượng tử vẫn là heuristic nên khó chứng minh ưu thế ổn định.
2.3 Tác động tổng thể và hướng đi mới
Những hạn chế này khiến lượng tử chưa đạt lợi thế quyết định theo hướng gate-based. Tuy nhiên, các mô hình analog và lai (D-Wave, Pasqal, Kipu Quantum, Qilimanjaro) có thể mở khóa ứng dụng thương mại sớm hơn nhờ không yêu cầu số lượng cổng lớn.
Đồng thời, các nguyên mẫu mới, chip chuyên dụng và dịch vụ lượng tử trên đám mây cho thấy ngành vẫn đang tiến nhanh tới các ứng dụng thực tiễn và có khả năng mở rộng.
3. Tác động đối với các nhà cung cấp
Bằng cách tận dụng các phương pháp analog, máy tính lượng tử có thể tạo ra giá trị hữu hình trong ngắn hạn đặc biệt trong mô phỏng vật liệu và hóa chất ước tính mang lại 100–500 triệu USD/năm trong kỷ nguyên NISQ. Dù thấp hơn dự báo trước đây, tác động này không làm thay đổi đáng kể quy mô thị trường nhà cung cấp phần cứng và phần mềm, vốn vẫn được kỳ vọng đạt 1–2 tỷ USD vào năm 2030. MarketsandMarkets (2025) dự báo thị trường điện toán lượng tử toàn cầu có thể đạt 20,2 tỷ USD vào năm 2030, với CAGR khoảng 41,8% từ 2025–2030.
Ba yếu tố chính thúc đẩy xu hướng này:
- Sự hỗ trợ mạnh từ khu vực công: Chính phủ các nước đang đặt hàng và tài trợ cho công nghệ lượng tử giống như từng làm với chất bán dẫn, internet và GPS. Ví dụ, Bộ Quốc phòng Anh đã mua máy từ ORCA Computing dù hệ thống còn dưới 40 qubit—mức vẫn mô phỏng được bằng HPC. Hiện đơn đặt hàng công chiếm hơn một nửa thị trường và sẽ duy trì trong 3–5 năm tới nhờ động lực địa chính trị.
- Các tập đoàn đầu tư dài hạn: Hơn 100 dự án thử nghiệm lượng tử từ các công ty Fortune 500 đã được ghi nhận, với tổng đầu tư khoảng 300 triệu USD. Các doanh nghiệp hướng đến vị thế tiên phong thông qua phát hiện vật liệu mới, chiến lược phòng hộ tài chính, hay ưu thế sáng chế. Bất chấp AI tiến bộ và hạn chế của NISQ, các tập đoàn vẫn duy trì đầu tư nhờ triển vọng sửa lỗi lượng tử và khả năng dùng AI làm nguồn dữ liệu huấn luyện bổ trợ.
- Doanh thu từ chuỗi cung ứng: Nhà cung cấp tạo doanh thu từ các thiết bị phụ trợ như hệ thống điều khiển, tủ lạnh pha loãng, laser, buồng chân không và phần mềm. Chi tiêu cho chuỗi cung ứng dự kiến chiếm 5–10% doanh thu lượng tử trong năm nay.
4. Sửa lỗi lượng tử sẽ thúc đẩy tiến bộ
Năm 2021, triển vọng sửa lỗi qubit còn mang tính lý thuyết, phần lớn chuyên gia dự đoán phải sau 2030 mới đạt được—thậm chí có ý kiến cho rằng điều này có thể không khả thi. Tuy nhiên, ba năm qua đã chứng kiến những bước tiến thực nghiệm quan trọng.
Các nhóm Harvard–QuEra–MIT–NIST/UMD đã trình diễn 48 qubit logic trên nền tảng nguyên tử trung hòa. IBM giới thiệu mã sửa lỗi mới hiệu quả gấp mười lần phương pháp trước. Microsoft và Quantinuum đạt giảm lỗi 800 lần với ion bẫy. Các cải tiến như mã hóa phần cứng mạnh hơn từ Alice & Bob cũng củng cố niềm tin vào khả năng hiện thực hóa sửa lỗi lượng tử.
Năm 2021, dự báo rằng 90% giá trị kinh tế của lượng tử phụ thuộc vào việc cải thiện sửa lỗi. Các lộ trình công nghệ mới của IBM, QuEra, Alice & Bob và những đơn vị khác cho thấy việc đạt sửa lỗi hoàn chỉnh có thể xảy ra trước năm 2029. Mốc thời gian rút ngắn này sẽ tăng tốc khả năng tạo giá trị cho doanh nghiệp trong trung hạn.
5. Tác động đối với doanh nghiệp
Điểm mấu chốt là: mặc dù điện toán lượng tử vẫn là một triển vọng hấp dẫn trong một số ngành, công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và mang lại giá trị tức thời hạn chế cho phần lớn doanh nghiệp. Không phải ngành nào cũng cần bắt đầu hành trình lượng tử.
Việc đầu tư là hợp lý nhất đối với các công ty:
- có thể tận dụng lợi ích lớn ngay khi sửa lỗi được cải thiện (ví dụ: các đột phá trong phát triển phân tử), hoặc
- tìm kiếm lợi thế tiên phong (chẳng hạn: cung cấp dịch vụ lượng tử, hoặc tăng cường an ninh mạng thông qua các phương pháp giải mã mới).
Có năm ngành (kèm khu vực công) dẫn đầu danh sách những ngành sẽ hưởng lợi lớn nhất từ máy tính lượng tử đã sửa lỗi:
1. Công nghệ: cần duy trì vị thế dẫn đầu trong cuộc đua công nghệ; việc cung cấp dịch vụ lượng tử và công nghệ lai sớm sẽ tạo lợi thế cạnh tranh bền vững.
2. Hóa chất & Nông nghiệp: lượng tử tăng cường mạnh khả năng mô hình hóa và mô phỏng phân tử, dẫn đến đột phá về vật liệu và công nghệ bảo vệ cây trồng.
3. Dược phẩm: mô phỏng tương tác phân tử phức tạp với tốc độ chưa từng có, đẩy nhanh khám phá thuốc và giảm thời gian ra thị trường.
4. Quốc phòng & Không gian: đạt được tiến bộ lớn trong truyền thông an toàn, mô phỏng hệ thống phức tạp và các công nghệ thiết yếu cho an ninh quốc gia và hàng không vũ trụ.
5. Tài chính: xử lý lượng dữ liệu khổng lồ để đánh giá rủi ro và tối ưu hóa danh mục, mang lại lợi thế cạnh tranh trên thị trường tốc độ cao.
6. Thay đổi trọng tâm
Hiện nay, có sự tập trung mạnh vào việc tăng số lượng qubit trong bộ xử lý lượng tử. Điều này chắc chắn là yếu tố then chốt trong cuộc đua lượng tử. Tuy nhiên, chúng tôi kỳ vọng trọng tâm phát triển sẽ mở rộng để bao gồm các tiêu chí khác khi người dùng tìm cách khai thác đầy đủ giá trị đang hình thành.
6.1 Nhiễu (Noise).
Như đã đề cập trước đó, tỷ lệ độ tin cậy thấp khiến các thuật toán trong kỷ nguyên NISQ không thể mang lại ROI thực sự trong ngắn hạn. Ít nhất đối với điện toán lượng tử dạng kỹ thuật số, việc triển khai mã sửa lỗi sẽ là cần thiết để giảm nhiễu một cách triệt để và cho phép tăng độ sâu của mạch.
6.2 Tốc độ xung nhịp (Clock Speed).
Tốc độ là một biến số khác cần được cải thiện, vì máy tính lượng tử hiện nay chậm hơn nhiều so với máy tính cổ điển. Thậm chí có sự chênh lệch lớn giữa các công nghệ lượng tử khác nhau.
Ví dụ:
- Hiệu năng tiên tiến nhất hiện nay của nền tảng nguyên tử lạnh được cho là chỉ ở mức kHz, trong khi các qubit siêu dẫn được kỳ vọng sẽ đạt MHz.
Tốc độ vận hành chậm đặt ra những giới hạn nghiêm trọng đối với khả năng ứng dụng thực tế.
Một nghiên cứu năm 2006 về thời gian thực thi thuật toán Shor phụ thuộc vào kiến trúc cho thấy:
- để phân tích một số 576 bit trong vòng một tháng, cần tốc độ xung 4 kHz,
- trong khi tốc độ 1 MHz có thể hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng ba giờ.
Khi các thuật toán mang lại lợi thế theo cấp số mũ so với phương pháp cổ điển xuất hiện, các hạn chế về tốc độ của lượng tử sẽ giảm dần mức độ quan trọng.
6.3 Tải dữ liệu (Data Loading).
Khả năng đưa dữ liệu vào máy tính lượng tử hiện là điểm nghẽn lớn. Giải một bài toán tính toán thường bắt đầu từ việc mã hóa thông tin vào các bit của máy tính. Vấn đề ở đây là qubit rất khan hiếm.
Các thuật toán thông minh có thể ánh xạ dữ liệu với yêu cầu tối thiểu, nhưng máy lượng tử còn rất xa mới đạt mức xử lý dữ liệu terabyte như máy tính cổ điển.
Một hướng tiếp cận khác nhằm tránh việc tải dữ liệu cổ điển là tính toán trực tiếp từ trạng thái lượng tử gốc, chẳng hạn dữ liệu đến từ một phép tính trước đó hoặc từ các cảm biến lượng tử.
6.4 Kết nối và hiệu năng máy tính (Connectivity and Computer Performance).
Kết nối—được định nghĩa là khả năng áp dụng cổng lên các qubit ở xa nhau—có vai trò cực kỳ quan trọng để tối đa hóa tốc độ và hiệu quả của thuật toán lượng tử. Do đó, nó cũng quyết định mức độ hiệu quả của kiến trúc lượng tử trong việc triển khai các mã sửa lỗi.
Một số công nghệ lượng tử như ion bẫy và nguyên tử trung hòa có kết nối nội tại cao, trong khi các công nghệ khác như siêu dẫn và qubit silicon thường chỉ có khả năng kết nối lân cận (gần-neighbor), dẫn đến yêu cầu nhiều bước di chuyển qubit trong mạch và gây thêm chi phí tính toán.
6.5 Từ “lợi nhuận” đến “ROI” (From Return to ROI).
Trong tương lai, trọng tâm đánh giá tài chính sẽ dịch chuyển từ kỳ vọng lợi nhuận dài hạn sang ROI ngắn hạn.
Hiện tại, điện toán lượng tử đắt hơn 100.000 lần so với điện toán cổ điển:
- Máy lượng tử: 1.000–5.000 USD/giờ
- Máy cổ điển: 0,05 USD/giờ
Tuy so sánh trên không phản ánh sự khác biệt về chất lượng kết quả, nó vẫn cho thấy không phải trường hợp sử dụng nào cũng đủ giá trị để biện minh cho chi phí lượng tử.
Hơn nữa, các doanh nghiệp thường đặt mục tiêu hòa vốn trong một năm—dù mức ba đến năm năm có thể chấp nhận được trong vài trường hợp. Vì vậy, các trường hợp sử dụng được ưu tiên cho lượng tử sẽ là những ứng dụng mang lại ROI nhanh.
Tìm hiểu thêm: Cách mạng điện toán tiên tiến: Neuromorphic, Lượng tử, Quang tử và Hệ lai
Liên hệ ngay hôm nay!
Bạn đang tìm kiếm một giải pháp quản lý khu công nghiệp và đô thị thông minh toàn diện ?
Liên hệ với VNTT ngay hôm nay để được Demo và tư vấn triển khai miễn phí !
—————————–
Công ty CP Công nghệ & Truyền thông Việt Nam (VNTT)
– Địa chỉ: Tầng 16, Toà nhà WTC Tower , Số 1, Đường Hùng Vương, Phường Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh.
– Hotline: 1800 9400 – 0274 222 0222
– Email: marketing@vntt.com.vn
– Facebook: https://facebook.com/eDatacenterVNTT
– Zalo OA: https://zalo.me/edatacentervntt
