Chính phủ các nước trên thế giới đã công bố lộ trình quốc gia và đặt công nghệ lượng tử vào vị thế của một công nghệ chiến lược dài hạn, ngang hàng với trí tuệ nhân tạo (AI) và chất bán dẫn.
Năm 2025 đánh dấu một bước ngoặt quan trọng đối với công nghệ lượng tử, khi lĩnh vực này dịch chuyển từ giai đoạn thử nghiệm nặng về hứa hẹn sang những dấu hiệu ngày càng rõ ràng của tác động thực tiễn.
Đây là một năm nổi bật nhờ những tiến bộ có ý nghĩa trên nhiều mặt trận: phần cứng, phần mềm, truyền thông lượng tử và chính sách. Thay vì một đột phá duy nhất, năm 2025 được định hình bởi những bước tiến đều đặn, có sự phối hợp, khiến công nghệ lượng tử trở nên ít mang tính suy đoán hơn và ngày càng giống một điều tất yếu.
Một trong những chủ đề quan trọng nhất của năm 2025 là sự tiến bộ của phần cứng lượng tử. Số lượng qubit (khối xây dựng cơ bản của máy tính lượng tử) tiếp tục tăng, nhưng quan trọng hơn là tỷ lệ lỗi giảm xuống và độ ổn định của hệ thống được cải thiện rõ rệt. Các công ty và phòng thí nghiệm nghiên cứu tập trung mạnh vào việc giảm thiểu lỗi, cải thiện hệ thống điện tử điều khiển và phát triển các kiến trúc có khả năng mở rộng, thay vì chỉ chạy theo số lượng qubit thô.
Nhiều hướng tiếp cận khác nhau xuất hiện – qubit siêu dẫn, ion bẫy, quang tử và nguyên tử trung hòa – đều cho thấy những con đường phát triển khả thi, củng cố quan điểm rằng lĩnh vực này đang hội tụ về các giải pháp thực tế, chứ không phải đi vào ngõ cụt.
1. Các nhà toán học Mỹ biến “toán học vô dụng” thành đột phá cho máy tính lượng tử
Các nhà nghiên cứu tại Đại học South California (USC) của Mỹ đã khai thác một loại hạt thường bị bỏ qua để lưu trữ và xử lý thông tin lượng tử, nhằm khắc phục tính mong manh của máy tính lượng tử và khiến chúng trở nên phổ quát hơn trong tương lai gần. Việc đưa loại hạt này vào một máy tính lượng tử có thể giúp vượt qua các lỗi vốn là trở ngại lớn của điện toán lượng tử.
Trong phương pháp này, các nhà nghiên cứu bảo vệ thông tin lượng tử bằng cách mã hóa nó vào các đặc tính hình học của những hạt ngoại lai gọi là anyon. Được dự đoán tồn tại trong không gian hai chiều, anyon được cho là có khả năng chống nhiễu và can thiệp tốt hơn so với các loại qubit khác, trong đó hạt anyon Ising đang dẫn đầu quá trình phát triển các hệ thống lượng tử này.
2. Máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới được chế tạo bằng chip silicon tiêu chuẩn
Quantum Motion, một công ty khởi nghiệp về điện toán lượng tử có trụ sở tại London (Anh), chuyên phát triển công nghệ lượng tử có khả năng mở rộng dựa trên silicon, đã ra mắt máy tính lượng tử “full-stack” đầu tiên của ngành được chế tạo hoàn toàn từ silicon. Hệ thống này đã được triển khai tại Trung tâm Máy tính Lượng tử Quốc gia Vương quốc Anh (NQCC).
Theo các báo cáo, đây là máy tính lượng tử đầu tiên được chế tạo bằng quy trình sản xuất chip bán dẫn CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) tiêu chuẩn – cùng công nghệ transistor đang được sử dụng trong các máy tính thông thường hiện nay.
Một phần then chốt của cách tiếp cận này là phát triển các hệ thống điện tử siêu lạnh (cryoelectronics), kết nối qubit với các mạch điều khiển có thể hoạt động ở nhiệt độ cực thấp, qua đó mở ra khả năng mở rộng quy mô bộ xử lý lượng tử lên mức lớn hơn nhiều.
3. Máy tính lượng tử Mỹ giải bài toán nhanh hơn siêu máy tính hàng triệu năm
D-Wave Quantum Inc., một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại California hoạt động trong lĩnh vực điện toán lượng tử ứng dụng thương mại, đã giải được một bài toán thực tiễn có giá trị bằng nguyên mẫu máy tính tôi luyện lượng tử (annealing quantum computer) D-Wave Advantage 2 của mình.
Công ty đã xác nhận thành tựu này thông qua một bài báo được bình duyệt, đăng trên một tạp chí khoa học uy tín hàng đầu.
Theo Định luật Moore, năng lực tính toán và hiệu suất của vi mạch tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm. Trong khoảng thời gian ngắn kể từ khi máy tính ra đời, chúng ta đã chứng kiến sự thay đổi khổng lồ về khả năng xử lý, ngay cả khi kích thước của chúng ngày càng thu nhỏ.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn đang nỗ lực xây dựng những cỗ máy tính ngày càng lớn và mạnh hơn để thực hiện các phép tính ở cấp siêu máy tính exascale, qua đó hỗ trợ giải quyết những vấn đề lớn như biến đổi khí hậu hay khám phá thuốc mới.
4. Bài toán tồn tại suốt một thế kỷ, từng làm bó tay các siêu máy tính, được giải bằng điện toán lượng tử
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thành công một thuật toán lượng tử để giải một bài toán toán học phức tạp tồn tại suốt hơn 100 năm, vốn được coi là bất khả thi đối với ngay cả những siêu máy tính cổ điển mạnh nhất.
Thành tựu này có ứng dụng trực tiếp trong nhiều lĩnh vực như vật lý hạt, khoa học vật liệu và truyền dữ liệu.
“Liệu có tồn tại một bài toán tính toán có thuật toán lượng tử hiệu quả nhưng lại không có thuật toán ngẫu nhiên hiệu quả hay không? Điện toán lượng tử được thúc đẩy bởi niềm tin rằng câu trả lời là có”, nhóm nghiên cứu cho biết trong một công trình mới. Nghiên cứu này do ông Martín Larocca, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, và ông Vojtěch Havlíček, nhà nghiên cứu tại IBM, thực hiện.
Trong bài báo công bố trên Physical Review Letters, họ chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể “phân tích các biểu diễn nhóm thương” – một nhiệm vụ nền tảng trong nhiều ngành khoa học.
5. Bức tranh “Đêm đầy sao” của Van Gogh góp phần phát hiện xoáy lượng tử mới
Nhà văn Mỹ nổi tiếng Isaac Asimov từng nói: “Có nghệ thuật trong khoa học, và có khoa học trong nghệ thuật”. Một nghiên cứu mới đã chứng minh điều này khi làm nổi bật một mối liên hệ chưa từng được biết đến giữa bức tranh nổi tiếng “Đêm đầy sao” của Vincent van Gogh và vật lý lượng tử.
Trọng tâm của nghiên cứu là hiện tượng bất ổn Kelvin–Helmholtz (KHI), một hiệu ứng thường thấy trong thế giới tự nhiên khi hai dòng chất lưu trượt qua nhau với vận tốc khác nhau, tạo ra các làn sóng và xoáy trong mây, sông ngòi hoặc bề mặt đại dương.
Cho đến nay, chưa từng có ai quan sát được KHI trong một chất lưu lượng tử. Tuy nhiên, các tác giả của nghiên cứu này không chỉ lần đầu ghi nhận được hiện tượng đó mà còn phát hiện ra các xoáy hình lưỡi liềm, được gọi là skyrmion phân số lệch tâm (EFS), có hình dáng rất giống vầng trăng phát sáng trong bức “Đêm đầy sao” của Van Gogh.
6. Nhật Bản khai thác hiện tượng vướng víu lượng tử để cải thiện khả năng giữ thăng bằng của robot
Các nhà nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ Shibaura, Đại học Waseda và tập đoàn Fujitsu đã phát triển một phương pháp mới giúp robot chuyển động mượt mà và hiệu quả hơn nhờ sử dụng điện toán lượng tử.
Thông thường, khi một robot di chuyển, máy tính của nó phải tính toán cách từng khớp cần uốn cong ra sao để bàn tay hoặc bàn chân đến đúng vị trí mong muốn. Quá trình này, được gọi là động học ngược, cực kỳ phức tạp đối với các robot hình người, bởi có vô số tổ hợp khả dĩ.
Cách tiếp cận mới của nhóm nghiên cứu sử dụng qubit để biểu diễn vị trí và định hướng của từng bộ phận trên robot. Quan trọng hơn, họ khai thác hiện tượng vướng víu lượng tử (quantum entanglement) – một đặc tính đặc biệt của cơ học lượng tử, trong đó các hạt liên kết với nhau đến mức chuyển động của hạt này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hạt kia.
7. MIT lập kỷ lục thế giới với độ chính xác 99,998% trong đột phá điện toán lượng tử
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển hai kỹ thuật điều khiển mới, cho phép họ đạt được độ chính xác kỷ lục thế giới ở mức 99,998% đối với qubit đơn, sử dụng một qubit siêu dẫn có tên là fluxonium.
Đột phá này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa điện toán lượng tử thực tiễn. Qubit – khối xây dựng cơ bản của máy tính lượng tử – rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và các sai sót trong điều khiển, dẫn đến lỗi trong các phép toán lượng tử và cuối cùng giới hạn độ phức tạp cũng như thời gian chạy của các thuật toán.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển hai kỹ thuật mang tên “xung cộng hưởng” (commensurate pulses) và “vi sóng phân cực tròn”, giúp loại bỏ hiệu quả các sai lệch này.
Phương pháp của họ bao gồm việc áp dụng các xung điều khiển tại những thời điểm cụ thể để khiến các lỗi quay ngược chiều trở nên nhất quán và có thể hiệu chỉnh. Đồng thời, họ sử dụng một dạng ánh sáng phân cực tròn tổng hợp để kiểm soát trạng thái của qubit, qua đó nâng cao hơn nữa độ chính xác.
Năm 2025 là một năm của sự liên kết chiến lược và cạnh tranh toàn cầu. Dù những thách thức vẫn còn – đặc biệt là vấn đề mở rộng quy mô và chi phí – nhưng động lực tích lũy trong năm 2025 đã cho thấy rõ rằng công nghệ lượng tử đã bước sang một giai đoạn đổi mới nghiêm túc và bền vững hơn, đặt nền móng cho những đột phá lớn hơn nữa trong phần còn lại của thập kỷ này.
