Cuộc đua lượng tử toàn cầu từ lâu đã bước ra khỏi những trang sách khoa học viễn tưởng để trở thành chiến trường công nghệ khốc liệt nhất của thế kỷ 21. Không đứng ngoài cuộc chơi, Nga đã và đang triển khai chiến lược lượng tử đầy tham vọng. Dưới sự dẫn dắt của Tập đoàn Năng lượng Nguyên tử Quốc gia (Rosatom), quốc gia này không chỉ đặt mục tiêu bắt kịp mà còn tham vọng tiên phong trong việc thương mại hóa và ứng dụng điện toán lượng tử vào các ngành kinh tế trọng điểm đến năm 2030.

Từ tiềm lực nền tảng đến cú bứt phá trên bản đồ lượng tử thế giới

Năm 2020, Chính phủ Liên bang Nga chính thức phê duyệt lộ trình quốc gia mang tên “Điện toán lượng tử”. Trọng trách điều phối được giao cho Rosatom – tập đoàn sở hữu tiềm lực khoa học đồ sộ, nền tảng công nghiệp vững chắc và khả năng quản trị các siêu dự án công nghệ cao.

Ngay lập tức, một mạng lưới nghiên cứu chưa từng có được thiết lập. Hơn 600 nhà khoa học tinh hoa từ 16 trung tâm nghiên cứu và trường đại học hàng đầu (bao gồm Viện Vật lý Lebedev - FIAN, Trung tâm Lượng tử Nga - RCC, Đại học Lomonosov, Đại học MISIS, HSE, Skoltech...) đã được quy tụ để giải quyết bài toán lượng tử.

Máy tính lượng tử mạnh nhất ở Nga được đặt tại Viện Vật lý Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga

Chỉ sau 4 năm, những trái ngọt đầu tiên đã xuất hiện. Tính đến cuối năm 2024, Nga đã phát triển thành công bốn nguyên mẫu bộ xử lý lượng tử hoạt động trên bốn nền tảng ưu tiên khác nhau: ion, nguyên tử trung hòa, photon và siêu dẫn.

Thành tựu này đưa Nga lọt vào nhóm 3 cường quốc duy nhất trên thế giới (bên cạnh Mỹ và Trung Quốc) sở hữu máy tính lượng tử trên cả bốn nền tảng này. Xét về năng lực xử lý, Nga hiện nằm trong top 6 quốc gia sở hữu bộ xử lý lượng tử có công suất từ 70 qubit trở lên. Các nguyên mẫu bao gồm:

70 qubit trên ion (phòng thí nghiệm FIAN).

72 qubit trên nguyên tử trung hòa (Đại học Lomonosov).

35 qubit trên photon (Đại học Lomonosov).

16 qubit trên nền tảng siêu dẫn (Đại học MISIS).

Đặc biệt, vào tháng 8 năm 2025, liên minh khoa học từ FIAN và RCC đã xác lập một kỷ lục thế giới mới khi thực hiện thuật toán lượng tử lớn nhất trên qudit: trình diễn cổng Toffoli tổng quát (phép toán logic đa qubit) trên 10 ion. Đây là cổng logic lớn nhất từng được ghi nhận trong giới học thuật toàn cầu cho đến nay.

Lộ trình 2030: Chuyển dịch từ “Phòng thí nghiệm” ra “Thực tiễn”

Sau những thành tựu bước đầu, vào tháng 8/2025, Ủy ban Chính phủ Nga đã phê duyệt lộ trình Điện toán lượng tử giai đoạn mới, kéo dài đến năm 2030. Trọng tâm của giai đoạn này không chỉ là nâng cấp phần cứng mà là “hạ cánh” công nghệ xuống nền kinh tế thực.

Lộ trình 2030 được vạch ra với 6 trụ cột cốt lõi:

Phần cứng: Mục tiêu phát triển thành công bộ xử lý lượng tử 300 qubit.

Thuật toán và phần mềm: Bổ sung thêm 54 thuật toán lượng tử mới vào danh sách 34 thuật toán hiện có, tập trung vào tối ưu hóa, hóa học, mô hình hóa và phân tích dữ liệu.

Hạ tầng đám mây: Xây dựng dịch vụ đám mây truy cập từ xa, phục vụ ít nhất 10.000 người dùng trong các bài toán khoa học, công nghiệp và logistics.

Xác nhận ứng dụng thực tiễn: Kiểm chứng ít nhất 100 giả thuyết khoa học về ứng dụng lượng tử trong nền kinh tế thực, từ đó thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật cho giải pháp.

Phát triển nhân lực: Đào tạo 8.300 cử nhân, 2.600 thạc sĩ/chuyên gia và 800 nghiên cứu sinh chuyên ngành lượng tử.

Tài chính: Tổng ngân sách đầu tư dự kiến lên tới 29 tỷ ruble (từ nguồn ngân sách liên bang và vốn đối ứng của Rosatom).

“Lộ trình mới đặt ra những mục tiêu đầy tham vọng: không chỉ tiếp tục nghiên cứu mà phải ứng dụng tích cực đổi mới lượng tử vào các ngành công nghiệp. Việc hình thành một ngành công nghiệp lượng tử tại Nga là bước ngoặt mang lại chất lượng mới cho nền kinh tế. Công nghệ lượng tử phải trở thành một nguồn lực hiệu quả mới.”– Bà Ekaterina Solntseva, Giám đốc Công nghệ Lượng tử Tập đoàn Rosatom.

Từ năm 2026, bên cạnh điện toán, Rosatom sẽ chính thức mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực cảm biến lượng tử, hướng tới việc chế tạo các thiết bị đo lường siêu chính xác dựa trên hiệu ứng lượng tử.

Lời giải cho các bài toán công nghiệp phức tạp

Dù việc ứng dụng công nghệ lượng tử toàn cầu vẫn ở giai đoạn sơ khai, giới chuyên môn dự báo thế giới sẽ đạt được “ưu thế lượng tử” (Quantum Supremacy) trong vòng 5-10 năm tới.

Tại Nga, lợi thế lớn nhất là việc nghiên cứu lượng tử được dẫn dắt bởi chính các tập đoàn công nghiệp như Rosatom – những người hiểu rõ nhất họ cần giải quyết bài toán gì. Giám đốc Ekaterina Solntseva nhấn mạnh: “Điều này mang lại cơ hội để Nga trở thành một trong những quốc gia tiên phong định hình phương pháp ứng dụng lượng tử vào nền kinh tế thực”.

Hiện tại, Rosatom đã triển khai hơn 10 dự án thí điểm. Một minh chứng tiêu biểu là dự án đổi mới ngành “Proryv” (Đột phá), nơi sức mạnh lượng tử đã được chứng minh:

Tối ưu hóa chuỗi cung ứng: Bài toán lập kế hoạch dài hạn sản xuất và cung cấp nhiên liệu hạt nhân vốn vô cùng phức tạp, nay được tính toán thử nghiệm trên thuật toán lượng tử chỉ mất vài phút.

Mô hình hóa toán học: Gần đây nhất, các nhà khoa học đã giải quyết bài toán mô hình truyền nhiệt bằng cách sử dụng bộ tính toán 50 qubit (tại FIAN) qua nền tảng đám mây để giải hệ phương trình đại số tuyến tính (SLAE). Mặc dù kích thước hệ phương trình còn nhỏ, đây là bước đi nền tảng mở ra kỷ nguyên mô hình hóa công nghiệp bằng lượng tử.

Ngoài năng lượng, các chuyên gia kỳ vọng những “giải pháp hữu ích” đầu tiên của lượng tử sẽ bùng nổ trong các lĩnh vực: Hóa học (tìm kiếm vật liệu mới), Dược phẩm (mô phỏng tương tác phân tử để phát triển thuốc, y học cá nhân hóa), Logistics (tối ưu hóa chuỗi cung ứng) và Tài chính (tối ưu hóa danh mục đầu tư, quản trị rủi ro).

“Ưu thế lượng tử” thực sự và Nghệ thuật đầu tư hiệu quả

Tuy nhiên, giới khoa học Nga vẫn giữ một cái nhìn thực tế và hoài nghi lành mạnh. Ông Ruslan Yunusov, Cố vấn của Tổng giám đốc Rosatom, định nghĩa: ”Ưu thế lượng tử chỉ thực sự đạt được khi máy tính lượng tử có thể giải quyết một bài toán phức tạp, có giá trị sống còn với kinh tế và công nghiệp, hiệu quả hơn siêu máy tính truyền thống”. Rủi ro lớn nhất vẫn là “thung lũng chết” giữa thành công trong phòng thí nghiệm và khả năng thương mại hóa.

Dù vậy, khi so sánh với thế giới, chiến lược của Nga đang cho thấy hiệu quả đầu tư đáng kinh ngạc. Theo McKinsey Quantum Technology Monitor 2024, dù Nga chỉ đứng thứ 11 thế giới về ngân sách đầu tư cho lượng tử, nhưng lại đứng sát nút Mỹ và Trung Quốc về kết quả thực tiễn.

Điển hình, ngân sách lượng tử của Nga chỉ bằng khoảng 1/10 so với Đức. Thế nhưng cùng một thời điểm xuất phát, Đức hiện mới giới thiệu bộ xử lý 10 qubit, trong khi Nga đã sở hữu 4 nguyên mẫu hoạt động mạnh mẽ, vươn mốc 70 qubit.

Bài toán nhân sự và Hệ sinh thái liên ngành

Một ngành công nghiệp tương lai không thể tồn tại nếu thiếu nguồn nhân lực kế cận. Rosatom hiểu rõ điều này và đã bao phủ mạng lưới giáo dục từ phổ thông đến sau đại học.

Chương trình Cử nhân Kỹ thuật Lượng tử và Thạc sĩ Điện tử Lượng tử đã được triển khai tại Trung tâm RCC, Đại học MEPhI và LETI.

Hơn 11 triệu trẻ em Nga đã được tiếp cận kiến thức lượng tử thông qua chiến dịch “Bài học số” toàn quốc trong 4 năm qua.

Dự án “Tuần lễ Lượng tử Rosatom” và cuộc thi tay nghề AtomSkills liên tục được tổ chức tại các địa phương để phổ cập khoa học.

“Chúng tôi đã xây dựng được một hệ sinh thái khoa học thu hút tới 80% các nhóm nghiên cứu chuyên ngành trên cả nước. Trọng tâm tiếp theo là đưa các đối tác công nghiệp vào cuộc để họ trở thành những 'khách hàng thông thái' đầu tiên,” ông Ruslan Yunusov chia sẻ.

Động lực của tương lai: Chất lượng thay vì Số lượng

Động lực để ngành công nghiệp lượng tử bứt tốc trong thập kỷ tới sẽ nằm ở doanh nghiệp. Những công ty tiên phong dám đầu tư, cùng kỹ sư xây dựng mô hình ứng dụng ngay từ bây giờ sẽ là những người hưởng “phần thưởng người dẫn đầu” khi thị trường bùng nổ.

Bên cạnh đó, tư duy của cuộc đua lượng tử đang thay đổi. Nếu trước đây, các quốc gia chạy đua về “số lượng qubit” thì nay, chất lượng qubit mới là chìa khóa. Một minh chứng rõ ràng: Bộ tính toán 1.121 qubit của IBM hiện tại thậm chí còn yếu hơn máy tính ion 56 qubit của Quantinuum và hệ thống 127 qubit khác của chính IBM do tỷ lệ nhiễu và khả năng sửa lỗi khác nhau. Khả năng giải quyết bài toán thực tế mới là thước đo cuối cùng.

Công nghệ lượng tử đã không còn là đặc quyền của các nhà vật lý. Như bà Ekaterina Solntseva đã đúc kết:

“Một mình các nhà vật lý sẽ không thể xây dựng được một 'tương lai lượng tử' trọn vẹn. Y học lượng tử cần bác sĩ, công nghiệp lượng tử cần các nhà sản xuất, và logistics lượng tử cần các chuyên gia chuỗi cung ứng. Tương lai của lượng tử chắc chắn phải là sự giao thoa liên ngành.”

Với tầm nhìn chiến lược, ngân sách tối ưu và một hệ sinh thái đang thành hình, Dự án Lượng tử của Rosatom không chỉ là câu chuyện của ngành hạt nhân, mà là lá bài chiến lược để nền kinh tế Nga sẵn sàng cho cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo của nhân loại.