Công nghệ lượng tử ngày càng khẳng định vai trò là nền tảng then chốt cho năng lực cạnh tranh kinh tế, an ninh quốc gia và vị thế lãnh đạo khoa học trong thế kỷ 21. Việc duy trì vị trí dẫn đầu của Hoa Kỳ trong khoa học thông tin lượng tử đóng vai trò thiết yếu để đảm bảo các đột phá trong tính toán, cảm biến, mạng lưới và vật liệu chuyển hóa thành công nghệ và ngành công nghiệp an toàn, đội ngũ nhân lực nội địa có tay nghề cao và lợi thế chiến lược lâu dài. Để bảo vệ tương lai này, Quốc hội cần hành động và gia hạn sáng kiến Quốc gia về Lượng tử (National Quantum Initiative – NQI).
Vào ngày 21 tháng 12 năm 2018, Tổng thống Trump đã ký ban hành luật NQI mang tính lưỡng đảng, thiết lập lần đầu tiên chiến lược đa cơ quan rộng lớn, kết nối các trường đại học, phòng thí nghiệm quốc gia và ngành công nghiệp nhằm thúc đẩy khoa học thông tin lượng tử trở thành ưu tiên quốc gia.
Sáng kiến phối hợp này đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ lượng tử thông qua việc đầu tư liên tục, chia sẻ cơ sở hạ tầng và xây dựng hệ sinh thái nghiên cứu và phát triển đẳng cấp thế giới. Kể từ khi NQI được khởi xướng, đã có những tiến bộ đột phá về độ bền qubit, độ chính xác cổng và khả năng mở rộng hệ thống, chuyển đổi nền tảng lượng tử từ các thử nghiệm cô lập sang kiến trúc có thể mở rộng thực tiễn. Những tiến triển này đã làm rõ lộ trình khả thi để phát triển các hệ thống lượng tử hữu ích và củng cố giá trị của đầu tư quốc gia bền vững, có phối hợp.
Sứ Mệnh Genesis: Kỷ Nguyên Mới Của Thiết Bị Khoa Học
Khi trình bày trước Ủy ban Khoa học Hạ viện vào tháng 12 năm 2025, Thứ trưởng Khoa học Dr. Darío Gil đã mô tả chính xác thời điểm hiện tại như bờ vực của một cuộc cách mạng khoa học do sự hội tụ của Trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán hiệu năng cao và hệ thống lượng tử. Ông nhấn mạnh Sứ mệnh Genesis của chính quyền Trump – một sáng kiến huy động phòng thí nghiệm quốc gia, ngành công nghiệp và học thuật xây dựng nền tảng khám phá tích hợp có khả năng nhân đôi năng suất R&D quốc gia trong vòng một thập kỷ.
Gil nhắc lại rằng AI và máy tính lượng tử không còn là những công cụ riêng biệt mà đã trở thành thành phần nền tảng của một lớp siêu máy tính mới. Tương tự như kính thiên văn và kính hiển vi đã cách mạng hóa việc quan sát vũ trụ, các hệ thống hợp nhất này sẽ là thiết bị khoa học mới của thời đại, giúp chúng ta giải mã sự phức tạp của thế giới tự nhiên.
Để hiện thực hóa tầm nhìn này đòi hỏi phải phá bỏ các rào cản chuyên ngành và tập trung bền vững vào việc tích hợp AI và công nghệ lượng tử, thay vì xử lý chúng như hai nỗ lực độc lập. Nhiều ứng dụng lượng tử quan trọng nhất sẽ xuất hiện từ sự hội tụ này, được nhúng trong các quy trình làm việc tăng tốc và điều khiển bởi AI, biến đổi toàn bộ lĩnh vực khoa học.
Đó là lý do chúng tôi kêu gọi Quốc hội gia hạn NQI. Ý tưởng kết hợp chủ động giữa AI và máy tính lượng tử mới chỉ gần đây được nhận thức rõ, trong khi chiến lược quốc gia hiện tại được hoạch định trước khi hiểu biết này xuất hiện. Việc gia hạn NQI sẽ tạo điều kiện cho sự phát triển chiến lược phù hợp với bối cảnh công nghệ hiện nay. NQI được gia hạn cần công nhận và hỗ trợ rõ ràng việc tích hợp AI, điện toán tăng tốc và bộ xử lý lượng tử để đảm bảo các năng lực này phát triển thành hệ thống hữu dụng rộng rãi và giúp Hoa Kỳ dẫn đầu giai đoạn tiếp theo của điện toán.
Siêu Máy Tính Lượng Tử-GPU Là Gì?
Tạo ra tác động lâu dài cho hệ sinh thái Hoa Kỳ gồm các phòng thí nghiệm quốc gia, học thuật và công nghiệp đòi hỏi một phương pháp tiếp cận định hướng nhiệm vụ trong khoa học thông tin lượng tử.
Một hệ thống lượng tử có giá trị khoa học – có khả năng cung cấp hàng trăm qubit logic và hàng triệu phép toán cần thiết – không chỉ đòi hỏi phần cứng lượng tử tiên tiến nhất mà còn phụ thuộc vào sự kết hợp liền mạch giữa hệ thống cổ điển và lượng tử, trong đó GPU, CPU và QPU phối hợp hoạt động như một năng lực tích hợp duy nhất. Sự tích hợp cấp hệ thống này chính là yếu tố biến khả năng lượng tử từ các thử nghiệm biệt lập thành nguồn lực khoa học thực tiễn.
Trên toàn hệ sinh thái Hoa Kỳ, rõ ràng các kiến trúc mở, tích hợp chặt chẽ là điều thiết yếu để phát triển siêu máy tính lượng tử-GPU. Thông qua hợp tác chặt chẽ với các tổ chức hàng đầu của Hoa Kỳ, NVIDIA đã phát triển hai thành phần nền tảng cho các kiến trúc như vậy:
- The Bridge (NVIDIA NVQLink): Công nghệ kết nối Quantum-GPU cung cấp liên kết độ trễ thấp, băng thông cao cần thiết để bộ xử lý lượng tử vận hành ở quy mô và tốc độ đáp ứng yêu cầu thực thi các tác vụ kiểm soát phức tạp và xử lý các công việc lai nhằm giải quyết các vấn đề có ý nghĩa. Chúng giúp siêu máy tính cổ điển điều khiển QPU qua các vòng hồi tiếp thời gian thực, rất quan trọng cho việc sửa lỗi và kiểm soát.
- The Platform (NVIDIA CUDA-Q): Để phổ cập truy cập, hệ sinh thái lượng tử cần xóa bỏ rào cản giữa các nhà vật lý và chuyên gia lĩnh vực. CUDA-Q là một mô hình lập trình mở, thống nhất, cho phép lập trình viên phát triển song song trên QPU, GPU và CPU trong cùng một hệ thống, tạo điều kiện cho các quy trình làm việc lai mượt mà từ đầu đến cuối và thúc đẩy việc ứng dụng khoa học nhanh chóng.
AI ngày càng đóng vai trò trung tâm trong việc vượt qua các thách thức chủ chốt khi mở rộng và triển khai máy tính lượng tử — từ các tác vụ thời gian thực như sửa lỗi lượng tử bằng AI và hiệu chuẩn phần cứng đến việc khám phá thuật toán lượng tử hiệu quả hơn. Do đó, các chương trình R&D lượng tử, bao gồm tại phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ, đang nhanh chóng hợp nhất siêu máy tính AI vào các quy trình làm việc cốt lõi.
Mặc dù ngành công nghiệp có thể xây dựng cầu nối và nền tảng để tận dụng hệ thống AI và lượng tử, việc tích hợp chúng thành cơ sở hạ tầng quy mô lớn, chịu lỗi cho khoa học mở đòi hỏi quy mô liên bang. Vai trò liên bang là thiết yếu để chứng minh các khả năng này trên các môi trường thử nghiệm quốc gia, kiểm nghiệm tích hợp hệ thống, xác nhận kiến trúc trong môi trường mở và thiết lập nền tảng sẽ thúc đẩy thị trường thương mại cạnh tranh trong tương lai.
Quốc Hội Có Thể Hỗ Trợ Lãnh Đạo Lượng Tử Mỹ Như Thế Nào?
Các cơ quan chính phủ đang đặt ra các mục tiêu tham vọng, như mục tiêu của Bộ Năng lượng Mỹ về triển khai một siêu máy tính lượng tử có giá trị khoa học trên đất Mỹ trước năm 2028. Để đạt được các tham vọng này và thu hẹp khoảng cách giữa thiết bị bị lỗi hiện nay với hệ thống chịu lỗi trong tương lai, NQI cần phát triển từ chương trình tập trung vào khám phá sang hỗ trợ triển khai hệ thống tích hợp cấp độ toàn diện.
Dưới đây là cách NQI được gia hạn có thể thúc đẩy vị thế lãnh đạo của Hoa Kỳ:
- Bản sao số lượng tử (Quantum Digital Twins): Vị trí dẫn đầu của Mỹ dựa trên việc cung cấp cho nhà nghiên cứu khả năng mô phỏng thiết kế tiên tiến. Quốc hội nên tài trợ cho đổi mới trong tự động hóa thiết kế điện tử để mô phỏng phần cứng lượng tử, cho phép kiểm chứng thiết kế kỹ thuật số trước khi chế tạo và đẩy nhanh lộ trình phát triển phần cứng.
- Tích hợp cho sửa lỗi lượng tử (Quantum Error Correction): Giải quyết các vấn đề bằng hệ thống lượng tử đòi hỏi qubit logic, vốn cần các kỹ thuật như sửa lỗi lượng tử chỉ có thể triển khai quy mô lớn với hạ tầng AI. NQI cần đảm bảo có nguồn lực nghiên cứu và hạ tầng AI đầy đủ để xây dựng hệ thống qubit logic quy mô lớn.
- Tích hợp AI: AI là nguồn lực quan trọng để đẩy nhanh hiệu quả ứng dụng lượng tử. NQI nên thúc đẩy sự giao thoa sâu hơn giữa hai lĩnh vực bằng cách hỗ trợ tạo bộ dữ liệu mô phỏng lượng tử để đào tạo thế hệ mô hình AI tiếp theo và thiết lập trung tâm “AI+Quantum” cung cấp công cụ, dữ liệu và quy trình làm việc dùng chung.
- Ứng dụng lai chủ chốt: Phần cứng phải phục vụ khoa học. Các dự án ứng dụng lai hàng đầu trong lĩnh vực hóa học, khoa học vật liệu và khoa học sự sống nên được triển khai, tạo ra các chuẩn hiệu suất rõ ràng để chứng minh hữu ích của hệ thống cho các vấn đề thực tế vượt xa thí nghiệm trừu tượng, đồng thời thúc đẩy sử dụng khoa học mở nhanh hơn.
- Đánh giá và tiêu chuẩn: “Có giá trị khoa học” phải được định nghĩa chặt chẽ để đảm bảo đầu tư tập trung và có kết quả cụ thể. Các tổ chức như QED-C nên được trao quyền dẫn dắt các sáng kiến đánh giá chuẩn, thiết lập thước đo minh bạch xác định giá trị thực sự và cho phép đo lường tiến bộ nhất quán.
Khi được tích hợp với AI, máy tính lượng tử sẽ thúc đẩy năng lực cạnh tranh kinh tế, an ninh quốc gia và vị thế lãnh đạo khoa học trong thế kỷ này. Gia hạn Sáng kiến Quốc gia về Lượng tử là cách để Hoa Kỳ củng cố vị thế dẫn đầu trong nghiên cứu và AI thành lợi thế bền vững và đảm bảo duy trì vai trò dẫn dắt qua và vượt khỏi kỷ nguyên AI. Chúng tôi kêu gọi Quốc hội ưu tiên việc gia hạn này.