Hãy tưởng tượng một ngày bạn thức dậy và phát hiện tài khoản ngân hàng, email, mọi dữ liệu cá nhân đều có thể bị “đọc” như cuốn sách mở. Nghe có vẻ như phim khoa học viễn tưởng? Nhưng đây có thể là thực tế trong 10-15 năm tới khi máy tính lượng tử đủ mạnh để “bẻ khóa” mọi hệ thống bảo mật hiện tại.
Chúng ta đang sống trong thời đại mà công nghệ phát triển chóng mặt, mang đến cả tiềm năng vô hạn lẫn thách thức chưa từng có. Điện toán lượng tử từng chỉ tồn tại trong lý thuyết, giờ đây đang trở thành hiện thực, hứa hẹn cách mạng hóa cách chúng ta xử lý thông tin nhưng cũng tạo ra những thách thức to lớn đối với an ninh mạng toàn cầu.
Khi khóa cửa không còn an toàn
Câu chuyện bắt đầu từ một nghiên cứu đột phá vào tháng 3/2024. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa – Trung Quốc, công bố phát hiện gây chấn động cộng đồng khoa học: Máy tính lượng tử có thể phá vỡ mã hóa RSA dễ dàng hơn 20 lần so với ước tính trước đây. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí danh giá Physical Review Letters cho thấy thay vì cần 20 triệu qubit như dự đoán ban đầu, chỉ cần 1 triệu qubit là đủ để làm sụp đổ hệ thống bảo mật mà thế giới hiện đang tin dùng.
RSA chính là “khóa cửa” bảo vệ gần như mọi giao dịch trực tuyến hiện nay. Từ khi bạn mua hàng online, chuyển tiền ngân hàng, cho đến email công việc, tất cả đều dựa vào thuật toán này để mã hóa thông tin. Khi “khóa” này bị phá, toàn bộ thế giới số sẽ như những ngôi nhà không còn cửa. Mọi bí mật, từ dữ liệu cá nhân đến thông tin quốc gia, đều có thể bị lộ.
Công nghệ lượng tử sẽ góp phần thay đổi nhiều yếu tố trong cuộc sống con người (Ảnh: India).
Sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính thông thường nằm ở cách chúng xử lý thông tin. Máy tính thông thường xử lý dữ liệu theo từng bit, giống như bạn đọc sách từng chữ một. Mỗi bit chỉ có thể là 0 hoặc 1. Nhưng máy tính lượng tử sử dụng “qubit” có thể vừa là 0 vừa là 1 cùng lúc, như việc bạn có thể đọc cả cuốn sách cùng một lúc.
Hiện tượng này được gọi là “chồng chập lượng tử”, một đặc tính kỳ lạ của vật lý lượng tử cho phép các hạt tồn tại ở nhiều trạng thái cùng lúc. Nhờ khả năng xử lý song song này, máy tính lượng tử có thể giải quyết một số bài toán phức tạp với tốc độ vượt trội hoàn toàn so với các loại máy tính mạnh nhất hiện nay. Các chuyên gia dự đoán rằng trong vòng một thập kỷ tới, máy tính lượng tử đủ mạnh để phá vỡ các thuật toán mã hóa RSA và ECC, những nền tảng bảo mật của hầu hết mọi giao dịch điện tử hiện nay.
Nhưng mối đe dọa thực sự đã bắt đầu từ hôm nay qua hiện tượng được các chuyên gia gọi là “harvest now, decrypt later” (tạm dịch là “thu thập ngay, giải mã sau”). Hiện tượng này giống như việc những kẻ xấu đang âm thầm gom góp tất cả thư tín mã hóa của bạn vào một chiếc hộp khổng lồ, chờ đợi ngày có được chìa khóa vạn năng để mở ra. Các tổ chức tình báo và tin tặc quốc tế hiện đang thu thập hàng khối dữ liệu mã hóa – từ email chính phủ, tài liệu quốc phòng, đến bí mật thương mại…, với hy vọng rằng 10-15 năm nữa, khi máy tính lượng tử ra đời, họ sẽ có thể giải mã tất cả.
Cuộc chạy đua cứu thế giới số
Trong khi các nhà khoa học đang lo lắng về “ngày tận thế mật mã”, những giải pháp đầy hứa hẹn đã bắt đầu xuất hiện. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) sau 8 năm nghiên cứu đã công bố 3 tiêu chuẩn mã hóa đầu tiên có khả năng chống lại sức mạnh phá hủy của máy tính lượng tử vào tháng 8/2024. Tuy nhiên, chuyển đổi toàn bộ hệ thống bảo mật toàn cầu sang các tiêu chuẩn mới này không phải việc đơn giản và cần thời gian.
Một trong những giải pháp tiên tiến nhất hiện nay đến từ một công ty nhỏ ở Canada là Quantum eMotion. Công ty này vừa hoàn thiện chip bảo mật lượng tử QRNG (Quantum Random Number Generator – Bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử) và đã chuyển giao sản xuất cho “ông trùm” sản xuất chip TSMC ở Đài Loan. Theo thông cáo báo chí của công ty vào tháng 1/2024, đây không chỉ là thành tựu kỹ thuật đơn thuần, mà còn là biểu tượng của sự chuyển mình trong ngành công nghiệp bảo mật toàn cầu.
Chip QRNG hoạt động dựa trên “hiệu ứng đường hầm lượng tử”, một hiện tượng vật lý mà ở đó các hạt có thể “xuyên qua” các rào cản năng lượng theo cách hoàn toàn ngẫu nhiên và không thể dự đoán. Đây là sự khác biệt căn bản so với các bộ tạo số ngẫu nhiên truyền thống vốn dựa trên thuật toán toán học. Trong khi thuật toán dù phức tạp đến đâu vẫn có thể bị phá giải với đủ sức mạnh tính toán, thì tính ngẫu nhiên lượng tử là tuyệt đối. Ngay cả máy tính lượng tử mạnh nhất cũng không thể dự đoán được kết quả, giống như việc bạn tung đồng xu nhưng kết quả được quyết định bởi các định luật vật lý cơ bản của vũ trụ.
Điều ấn tượng về chip QRNG là khả năng tạo ra hơn 1 gigabit mỗi giây số ngẫu nhiên lượng tử thực sự. Tốc độ này đủ để đáp ứng nhu cầu mã hóa thời gian thực cho hầu hết các ứng dụng hiện đại, từ giao dịch ngân hàng đến truyền thông bảo mật. Sự xuất hiện của công nghệ này mang đến hy vọng mới trong cuộc chiến chống lại mối đe dọa từ máy tính lượng tử.
Đo lường học trở thành chiến trường mới
Trong bối cảnh có nhiều lo ngại về an ninh lượng tử, cuộc cạnh tranh công nghệ giữa Mỹ và Trung Quốc đã lan rộng sang một lĩnh vực tưởng chừng khô khan nhưng vô cùng quan trọng, đó là Đo lường học. Tháng 12/2023, Trung Quốc công bố “Kế hoạch hành động 2030” với mục tiêu đạt được đột phá trong hơn 50 công nghệ đo lường cốt lõi, đặc biệt tập trung vào lĩnh vực sản xuất chip và đo lường quy mô lượng tử.
Đo lường học, khoa học về phép đo chính xác, là nền tảng cho mọi ngành công nghiệp hiện đại. Hãy tưởng tượng việc sản xuất chip như xây nhà. Nếu bạn đo sai, dù chỉ 1mm, cả ngôi nhà sẽ sập. Với chip hiện đại có kích thước nano, nhỏ hơn virus hàng nghìn lần, độ chính xác trong đo lường trở thành yếu tố then chốt quyết định thành bại trong sản xuất. Từ việc sản xuất chip với độ chính xác nano đến các thiết bị lượng tử siêu nhạy, tất cả đều phụ thuộc vào khả năng đo lường chính xác.
Phản ứng của Mỹ cũng không kém phần mạnh mẽ với sáng kiến “Chips for America” (Đạo luật Chip cho nước Mỹ) khởi động một chương trình riêng về đo lường học cho ngành bán dẫn. Cuộc đua này phản ánh một nhận thức chung là ai kiểm soát được công nghệ đo lường tiên tiến sẽ có lợi thế quyết định trong nhiều ngành công nghiệp then chốt của tương lai.
Việt Nam trong cuộc đua công nghệ toàn cầu
Cuộc cách mạng về công nghệ lượng tử không phải là viễn cảnh xa vời mà đã là thực tế đang hình thành. Các chuyên gia cảnh báo rằng mặc dù có thể còn từ 10-20 năm nữa khủng hoảng mật mã lượng tử thực sự mới xảy ra, nhưng việc chuẩn bị phải bắt đầu từ hôm nay. Mối đe dọa từ máy tính lượng tử đối với hệ thống bảo mật hiện tại đã là sự thật không thể phủ nhận.
Thành công của công ty Quantum eMotion mang đến nhiều bài học quý giá cho Việt Nam trong bối cảnh nước ta đang nỗ lực triển khai thực hiện Nghị quyết 57 của Đảng về đột phá khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Quantum eMotion không phải là “gã khổng lồ” công nghệ. Đây chỉ là công ty khởi nghiệp nhỏ hợp tác với các trường đại học Canada, nhưng họ đã tạo ra sản phẩm có giá trị hàng tỷ đô la thông qua việc tập trung vào một lĩnh vực chuyên biệt.
Công nghệ lượng tử có thể được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực (Ảnh: Shutter Stock).
Điều quan trọng mà Việt Nam cần nhận thức là ta không nhất thiết phải có công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất để tạo ra giá trị cao trong lĩnh vực công nghệ lượng tử. Với chiến lược đúng đắn, sự đầu tư hợp lý và quyết tâm cao, Việt Nam không chỉ có thể đảm bảo được an ninh số trong tương lai mà còn xây dựng được một ngành công nghiệp công nghệ cao có giá trị.
Việt Nam có những lợi thế riêng để phát triển trong lĩnh vực này. Đất nước có nguồn nhân lực trẻ với hơn 70% dân số sử dụng internet và nền tảng toán học, vật lý tốt, những kỹ năng cốt lõi cho công nghệ lượng tử. Kinh nghiệm hợp tác giữa Quantum eMotion với các trường đại học Canada cho thấy mô hình kết hợp nghiên cứu học thuật với phát triển sản phẩm thương mại là chìa khóa thành công mà Việt Nam hoàn toàn có thể học hỏi và áp dụng.
Khi Việt Nam phát triển thành công công nghệ bảo mật lượng tử, tác động tích cực sẽ lan tới mọi khía cạnh của đời sống xã hội. Giao dịch ngân hàng sẽ an toàn tuyệt đối, dữ liệu cá nhân được bảo vệ khỏi tin tặc quốc tế, hệ thống chính phủ điện tử hoạt động với mức bảo mật cao nhất, và quan trọng hơn cả là tạo ra hàng nghìn việc làm chất lượng cao cho lực lượng lao động trẻ của đất nước.
Lộ trình hành động cụ thể cho Việt Nam
Việt Nam, một quốc gia có hơn 70% dân số sử dụng internet và đang đẩy mạnh chuyển đổi số toàn diện, việc chuẩn bị cho kỷ nguyên bảo mật hậu lượng tử không phải chỉ là lựa chọn mà là yêu cầu bắt buộc. Sáng kiến 20 trong “Kế hoạch hành động chiến lược thực hiện Nghị quyết 57” của Ban chỉ đạo Nghị quyết 57 Trung ương đã xác định rõ mục tiêu “Phát triển và làm chủ hoàn toàn công nghệ Cơ yếu Lượng tử, hậu Lượng tử để bảo đảm an toàn thông tin quốc gia ở mức độ siêu bảo mật”.
Để nắm bắt cơ hội này, từ kinh nghiệm của các nước đi trước, Việt Nam cần triển khai ngay một chiến lược tổng thể về bảo mật hậu lượng tử. Trụ cột đầu tiên là xây dựng năng lực nghiên cứu và phát triển nội địa. Việt Nam cần thành lập ngay các trung tâm nghiên cứu Công nghệ Lượng tử tại các viện trường hàng đầu như: Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TPHCM…, kết hợp với doanh nghiệp công nghệ cao và công ty khởi nghiệp. Chính phủ cần đầu tư mạnh mẽ không chỉ về tài chính mà còn về chính sách, tạo môi trường thuận lợi cho nghiên cứu đột phá. Đồng thời, cần có các chương trình học bổng để thu hút chuyên gia quốc tế và hợp tác với các trung tâm nghiên cứu hàng đầu thế giới như MIT, Stanford, Cambridge.
Trụ cột thứ hai là phát triển hệ sinh thái công nghiệp bán dẫn chuyên biệt. Thành công của Quantum eMotion với công nghệ 65nm cho thấy Việt Nam không cần phải cạnh tranh trong cuộc đua công nghệ nano tiên tiến mà có thể tập trung vào các chip chuyên dụng có giá trị cao. Đây là cơ hội để Việt Nam xây dựng ngành công nghiệp bán dẫn theo hướng chuyên biệt hóa, tập trung vào chip bảo mật thay vì cạnh tranh trực tiếp với các gã khổng lồ trong lĩnh vực chip đa dụng.
Việc ứng dụng công nghệ lượng tử là chưa đủ mà còn phải chú ý đến bảo mật hậu lượng tử (Ảnh: Oxford).
Trụ cột thứ ba là chuẩn bị cơ sở hạ tầng và nhân lực. Việt Nam cần bắt đầu đào tạo chuyên gia về “Mật mã hậu Lượng tử” ngay từ bây giờ. Đây không phải là việc có thể trì hoãn vì hiện tượng “thu thập ngay, giải mã sau” đang diễn ra hàng ngày. Các tổ chức quan trọng như Ngân hàng Nhà nước, Bộ Quốc phòng, Bộ Ngoại giao, các cơ quan Chính phủ điện tử cần bắt đầu lộ trình chuyển đổi sớm sang hệ thống bảo mật mới. Khi bị trì hoãn, những dữ liệu tối quan trọng có thể bị “thu thập” bởi những kẻ xấu, chờ đợi ngày máy tính lượng tử ra đời để khai thác. Đồng thời, cần xây dựng các trung tâm thử nghiệm và chứng nhận để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của các sản phẩm công nghệ lượng tử.
Trụ cột cuối cùng là xây dựng khung pháp lý và tiêu chuẩn quốc gia. Việt Nam có cơ hội trở thành quốc gia tiên phong trong khu vực về tiêu chuẩn bảo mật lượng tử. Điều này không chỉ tạo lợi thế cạnh tranh mà còn giúp Việt Nam có tiếng nói trong việc định hình tiêu chuẩn quốc tế. Cần xây dựng quy định về an ninh mạng cho kỷ nguyên lượng tử và tăng cường hợp tác quốc tế trong xây dựng tiêu chuẩn.
Cơ hội to lớn về nhiều mặt đang ở phía trước
Theo báo cáo “Global Quantum Random Number Generator Market” của Research and Markets năm 2024, thị trường QRNG toàn cầu được dự kiến sẽ tăng với tốc độ tăng trưởng kép 35% hàng năm, đạt giá trị 1.9 tỷ USD vào năm 2030. Đây là cơ hội vàng để Việt Nam không chỉ đuổi kịp mà có thể vươn lên dẫn đầu trong một phân khúc công nghệ mới chuyên biệt.
Với chiến lược đúng đắn, Việt Nam có thể xây dựng ngành công nghiệp bán dẫn chuyên biệt tập trung vào chip bảo mật, vừa không phải cạnh tranh trực tiếp với các gã khổng lồ trong lĩnh vực chip đa dụng, vừa góp phần tự đảm bảo an ninh số quốc gia trong kỷ nguyên chuyển đổi số toàn cầu hiện nay.
Thành công trong lĩnh vực này sẽ mang lại không chỉ lợi ích kinh tế to lớn. Ngoài việc tạo ra hàng nghìn việc làm chất lượng cao, Việt Nam còn có thể trở thành trung tâm xuất khẩu công nghệ bảo mật lượng tử cho khu vực ASEAN và châu Á. Điều này không chỉ đóng góp vào GDP mà còn nâng cao vị thế của Việt Nam trên bản đồ công nghệ toàn cầu.
Cuộc cách mạng công nghệ lượng tử không phải viễn cảnh xa vời mà đang diễn ra ngay hôm nay. Những quốc gia có tầm nhìn xa và hành động quyết đoán ngay hôm nay sẽ là người chiến thắng trong cuộc đua công nghệ lượng tử. Việt Nam có đầy đủ tiềm năng để trở thành quốc gia tiên phong trong khu vực, xây dựng ngành công nghiệp bán dẫn chuyên biệt vừa đảm bảo an ninh quốc gia vừa tạo ra giá trị kinh tế cao.
Như nhà vật lý nổi tiếng Niels Bohr từng nói: “Dự đoán rất khó khăn, đặc biệt là về tương lai”. Nhưng một điều chắc chắn là công nghệ lượng tử sẽ thay đổi thế giới. Chính vì thế, Việt Nam cần chuẩn bị để không chỉ thích ứng tốt mà còn hướng đến dẫn dắt sự thay đổi này. Thời gian không chờ đợi ai, và cơ hội chỉ đến với những ai sẵn sàng nắm bắt.
