2025 LÀ NĂM QUỐC TẾ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LƯỢNG TỬ

Nhận ra tầm quan trọng của khoa học lượng tử và sự cần thiết phải có nhận thức rộng rãi hơn về tác động của nó trong quá khứ và tương lai, hàng chục hiệp hội khoa học quốc gia đã hỗ trợ các hoạt động đánh dấu 100 năm cơ học Lượng tử trong IYQ do Liên Hợp Quốc khởi xướng. Trong đó nổi bật gồm: Liên minh Vật lý lý thuyết và ứng dụng quốc tế (IUPAP), Liên minh Hóa học lý thuyết và ứng dụng quốc tế (IUPAC), Liên minh Tinh thể học quốc tế (IUCr) và Liên minh Lịch sử và Triết học Khoa học và Công nghệ Quốc tế (IUHPST).

Theo đề xuất của Mexico, tháng 5/2023, Ban điều hành của Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hợp Quốc (UNESCO) đã thông qua một nghị quyết khuyến khích tuyên bố chính thức trên của Liên Hợp Quốc, tính đến tháng 11/2023, đã có gần 60 quốc gia ủng hộ. Vào tháng 5/2024, Ghana đã chính thức đệ trình dự thảo nghị quyết lên Liên Hợp Quốc. Sau đó, Liên Hợp Quốc đã chính thức tuyên bố năm 2025 là Năm Quốc tế Khoa học và Công nghệ Lượng tử vào ngày 07/6/2024.

Tuyên bố của Liên Hợp Quốc tạo cơ hội cho các cá nhân, tổ chức, trường học đặc biệt là các chính phủ nâng cao nhận thức về khoa học và công nghệ lượng tử bắt đầu từ năm 2025. Trong năm 2025 này, các nhà tổ chức IYQ sẽ hỗ trợ nhiều sự kiện, hoạt động và chương trình dành cho cộng đồng ở khắp nơi trên thế giới, từ khu vực nhỏ, phạm vi quốc gia cho đến quốc tế. Mục đích là để tôn vinh và phát triển các tài nguyên nghiên cứu về khoa học lượng tử. Bên cạnh đó, việc xây dựng các mối quan hệ hợp tác khoa học sẽ mở ra nhiều cơ hội học tập và nghiên cứu hơn cho các quốc gia đang phát triển. Những hoạt động này cũng sẽ truyền cảm hứng cho thế hệ tiên phong trong lĩnh vực khoa học lượng tử trong tương lai.

Danh sách của The Quantum Insider được mở đầu bằng sự kiện Ngày Lượng tử Thế giới của Google Doodle (ngày 14/4). Google Doodle kỷ niệm khoa học Lượng tử bằng một hình trụ quay, tượng trưng cho sự chồng chất lượng tử. Ngày 14/4 nhằm tôn vinh hằng số Planck (4.14×10⁻¹⁵ eV·s, được làm tròn đến ba chữ số), một giá trị cơ bản trong vật lý lượng tử. Danh sách này kết thúc ở sự kiện Hội thảo Các khía cạnh đạo đức, pháp lý và xã hội của công nghệ lượng tử tại Mexico, dự kiến sẽ diễn ra trong 02 ngày 10 - 11/9, đề cập tới việc mở rộng quyền sở hữu toàn cầu về công nghệ lượng tử thông qua các khuôn khổ đạo đức, pháp lý và xã hội.

Trong mục thứ 84, The Quantum Insider giới thiệu bài báo về Mật mã hậu Lượng tử (PQC) đã được đăng tải trên website The Quantum Insider giải thích lý do tại sao các tổ chức phải chuẩn bị ngay bây giờ cho PQC, đồng thời nêu bật các mối đe dọa mới đối với mã hóa cổ điển. Bài báo cũng nêu ra các cách tiếp cận chính, nghiên cứu tình huống và cách các công ty hàng đầu thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang các giải pháp bảo mật trước khi máy tính lượng tử ra đời.

MẬT MÃ HỌC HẬU LƯỢNG TỬ

PQC đã được nhiều tổ chức khoa học nghiên cứu với nhiều phương pháp khác nhau. Trong lĩnh vực an ninh mạng, các chuyên gia đang xem xét tầm quan trọng của công nghệ lượng tử và tìm hiểu về những thách thức mà nó đặt ra cho việc bảo mật thông tin sau này. Mặc dù các dự đoán đều cho rằng phải một thời gian dài nữa máy tính lượng tử mới đủ mạnh để phá vỡ các hệ thống mã hóa hiện tại, nhưng việc bảo vệ hệ thống thông tin của các tổ chức là rất quan trọng và cần được chuẩn bị ngay từ bây giờ.

Sức mạnh tính toán trong kỷ nguyên lượng tử

Sức mạnh của máy tính lượng tử bắt nguồn từ sự chồng chất và vướng víu của lượng tử. Khả năng giữ các bit lượng tử (qubit) trong sự kết hợp hoặc chồng chất của nhiều trạng thái khác nhau cùng một lúc vượt trội hơn nhiều lần so với các máy tính cổ điển có các bit biểu diễn qua 0 hoặc 1. Sự vướng víu lượng tử là hiện tượng cơ học lượng tử trong đó các hạt tách rời vật lý vẫn có thể chia sẻ trạng thái lượng tử, điều này cho phép một máy tính lượng tử có thể giữ trạng thái vướng víu tinh tế này và tăng sức mạnh tính toán của nó theo cấp số nhân cho mỗi qubit bị vướng víu.

Trọng tâm về quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu trong kỷ nguyên hậu lượng tử là Thuật toán Shor. Được phát triển bởi nhà toán học Peter Shor vào năm 1994, thuật toán này có thể tìm thấy các thừa số nguyên tố khi phân tích các số nguyên chạy trên máy tính lượng tử có đủ công suất. Các thuật toán mã hóa khóa công khai (bất đối xứng) hiện tại, chẳng hạn như RSA và mật mã dựa trên đường cong elip, được xây dựng dựa trên sự phức tạp của việc phân tích số nguyên tố chính.

Giải pháp ứng phó từ các tổ chức

Vào tháng 01/2022, Chính quyền Mỹ dưới thời Tổng thống Biden đã yêu cầu tất cả các cơ quan thuộc chính phủ Mỹ đưa ra kế hoạch ứng phó trong vòng 6 tháng tiếp theo. Vào tháng 4/2022, các nghị sĩ Mỹ đã đưa ra Đạo luật Chuẩn bị An ninh mạng Điện toán Lượng tử, yêu cầu các cơ quan Liên bang bắt đầu quá trình ưu tiên chuyển dịch sang mật mã hậu lượng tử trong vòng một năm sau khi thiết lập các giao thức tiêu chuẩn.

Ở châu Âu, Ủy ban châu Âu đã ban hành Sáng kiến Cơ sở hạ tầng Truyền thông Lượng tử châu Âu (EuroQCI) vào năm 2019, nhằm triển khai hệ thống Internet bảo mật lượng tử ở châu Âu vào năm 2027 bằng cách sử dụng Phân phối khóa lượng tử.

Trên thế giới cũng có một số tổ chức đang làm việc để phân tích các ứng cử viên PQC. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) là một cơ sở nghiên cứu của Mỹ chuyên thiết lập các quy định và số liệu phân tích cho một phạm vi lớn các công cụ công nghiệp, đặc biệt là trong các phép đo, truyền thông và bảo mật. NIST đã bắt đầu một chương trình kéo dài 7 năm nhằm xác các ứng cử viên đủ điều kiện để tiêu chuẩn hóa quốc gia trong PQC, có tiềm năng trở thành tài liệu tham khảo khi các tiêu chuẩn được thực hiện trên phạm vi quốc tế. Vào tháng 8/2023, NIST đã chọn bốn thuật toán sẽ được chuẩn hóa gồm thuật toán CRYSTALSKYBER, cùng với ba sơ đồ chữ ký số: CRYSTALSDilithium, FALCON và SPHINCS+.

Các chuyên gia đánh giá, bốn thuật toán này là đỉnh cao của quá trình lựa chọn phức tạp kéo dài nhiều năm này để lựa chọn các thuật toán PQC. NIST đã đưa ra lời kêu gọi công khai đệ trình cho Quy trình Tiêu chuẩn hóa PQC vào tháng 12/2016 khi NIST nhận ra tiềm năng đột phá của việc phát triển và triển khai điện toán lượng tử. Viện đề xuất rằng, bốn thuật toán được chọn sẽ đóng vai trò là tiêu chuẩn toàn cầu về quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu trong suốt kỷ nguyên Lượng tử.

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LƯỢNG TỬ TRONG TƯƠNG LAI

Các chuyên gia nhận định rằng, trong tương lai gần, khoa học và công nghệ lượng tử sẽ là một lĩnh vực khoa học - công nghệ quan trọng xuyên suốt thế kỷ 21. Lĩnh vực này có tác động to lớn đến những thách thức xã hội quan trọng được nhấn mạnh bởi các mục tiêu phát triển bền vững năm 2030 của Liên Hợp Quốc. Việc tìm kiếm những kiến thức mới và giải pháp mới sẽ truyền cảm hứng cho thế hệ trẻ trên toàn thế giới tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng của công nghệ lượng tử trong tương lai.

Hiện nay, tổ chức và cá nhân đang phụ thuộc nhiều vào các công nghệ và dịch vụ do các công ty chuyên nghiệp cung cấp. Một phần lý do cả về kinh tế và kỹ thuật, khiến cho các dịch vụ này chủ yếu dựa trên các giao thức bảo mật đã quá quen thuộc và ngày càng dễ bị tấn công.

Các chuyên gia đánh giá, những bài toán trước đây đủ khó so với khả năng tính toán của máy tính thông thường, vì vậy chúng đã được áp dụng vào thực tiễn. Tuy nhiên, với khả năng tính toán mạnh mẽ của máy tính lượng tử trong tương lai, những bài toán mà trước đây chúng ta nghĩ là không thể giải được hoàn toàn có thể có lời giải trong một phạm vi hiểu biết mới. Các chuyên gia cũng khuyến nghị các tổ chức, đặc biệt là chính phủ cần sớm tìm hiểu về các phương pháp bảo mật lượng tử. Việc này giúp đánh giá được độ an toàn thực tế của các sản phẩm được giới thiệu và mức độ dễ dàng khi sử dụng mà các nhà cung cấp cam kết. Từ đó, có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai một môi trường bảo mật lượng tử vững chắc.

Các nhà tổ chức IYQ đặt kỳ vọng lớn vào thế hệ trẻ trên toàn thế giới. Họ hy vọng thế hệ này sẽ trở thành những người tiên phong trong lĩnh vực lượng tử, với một tầm nhìn rộng mở, không chỉ giới hạn ở những gì đang thấy. Mục tiêu là ứng dụng khoa học Lượng tử để tạo ra những thay đổi tích cực trong cuộc sống thực, bao gồm việc thúc đẩy sự đổi mới công nghệ, tác động đến các chính sách của chính phủ, hoạt động kinh tế toàn cầu, cũng như các lĩnh vực nghệ thuật, thể thao, văn hóa và đáp ứng các nhu cầu của con người.

[Quý độc giả đón đọc Tạp chí An toàn thông tin số 3 (085) 2025 tại đây]