10 Công nghệ đột phá năm 2020

1. Internet không thể bị tấn công

Cuối năm 2020, Hà Lan sẽ hoàn thành mạng Internet lượng tử kết nối bốn thành phố từ Delft đến Hague. Tin tặc sẽ không thể tấn công dữ liệu được gửi qua mạng lưới này.

Các nhà khoa học đã tìm ra cách truyền các cặp photon qua cáp quang mà vẫn bảo vệ được thông tin mã hóa. Trung Quốc đã từng dùng công nghệ này để xây dựng xương sống cho đường truyền 2.000 km giữa Bắc Kinh và Thượng Hải, nhưng không thành công, vì một phần cấu kiện vẫn theo công nghệ cũ, thường làm gãy liên kết lượng tử và gây ra rủi ro bị tấn công.

Ngược lại, dự án do nhà vật lý học Stephanie Wehner tại Đại học Công nghệ Delft thực hiện, sẽ là mạng lưới đầu tiên hoàn toàn sử dụng công nghệ lượng tử. Nhờ đặc tính lượng tử của các hạt nguyên tử gọi là sự cuộn xoắn (entanglement), các hạt photon bện vào nhau, nên tin tặc không thể bóc gỡ nội dung dữ liệu hoàn chỉnh.

Tuy việc tạo ra các hạt vặn xoắn, và giữ chúng ở trạng thái như vậy trong khoảng cách xa là thử thách lớn, đội ngũ của Wehner cho biết họ có thể truyền chúng đi hơn 1,5 km. Họ tự tin sẽ thiết lập xong mạng lượng tử giữa Delft và Hague vào khoảng cuối năm nay, và triển vọng mạng Internet lượng tử toàn cầu có thể diễn ra vào cuối thập kỷ này.

2. Thuốc chữa bệnh do đột biến gen

Trước đây, một bệnh do đột biến gen hiếm gặp có thể vô phương cứu chữa, vì không ai đầu tư nghiên cứu căn bệnh và phát triển thuốc. Nhờ vào thế hệ thuốc mới, tùy chỉnh theo bộ gen của từng người, một người mắc bệnh cực hiếm do lỗi ADN giờ đây đã được trao cơ hội sống.

Trường hợp của Mila Makovec là ví dụ được ghi nhận trong Tạp chí Y khoa New England tháng Mười 2019. Cô bé Mila được chẩn đoán nguyên nhân bệnh là do đột biến gen hiếm gặp. Một năm sau đó, các bác sỹ phát triển xong loại thuốc đặt tên là Milagen (theo tên cô bé). Mila không khỏi hẳn bệnh, nhưng cô bé đã giảm co giật và bắt đầu đứng và đi được với chút hỗ trợ.

Các thế hệ thuốc mới này có thể thay thế, chỉnh sửa hoặc ức chế biểu hiện của gen gây bệnh (antisense), và có thể được phát triển nhanh chóng nhằm chữa hẳn hoặc làm dịu các bệnh di truyền.

Hiện tại còn vài ngàn người cần chữa trị như Mila. Thách thức thực sự là ai sẽ chi trả cho việc phát triển và thử nghiệm các loại thuốc, khi chỉ giúp được một người mà cần đến cả một đội ngũ lớn để nghiên cứu và sản xuất?

3. Tiền điện tử

Tháng Sáu 2019, Facebook tiết lộ kế hoạch “tiền điện tử toàn cầu” Libra. Chỉ vài ngày sau tuyên bố của Facebook, Ngân hàng Nhân dân Trung Quốc lên tiếng hàm ý sẽ đẩy nhanh phát triển tiền điện tử. Trung Quốc có thể là nền kinh tế lớn đầu tiên phát hành phiên bản điện tử của đồng Nhân dân tệ, với mục đích thay thế tiền giấy.

Trung Quốc rõ ràng đã xem đồng Libra, có thể được hỗ trợ bởi dự trữ chủ yếu là đô la Mỹ, như một mối đe dọa tới quyền lực của Trung Quốc với hệ thống tài chính toàn cầu, vì đồng đô la Mỹ đóng vai trò là nguồn tiền dự trữ toàn cầu. Có người nghi ngờ Trung Quốc định phổ biến đồng Nhân dân tệ bản điện tử ra toàn cầu.

Giờ đây kế hoạch đồng Libra đã mang tính địa chính trị. Vào tháng Mười, CEO Mark Zuckerberg đã hứa với Quốc hội Mỹ rằng Libra “sẽ mở rộng vai trò lãnh đạo tài chính cũng như giá trị và nghĩa vụ dân chủ của Mỹ ra toàn thế giới”. Cuộc chiến tiền điện tử đã bắt đầu.

4. Thuốc chống lão hóa

Thế hệ thuốc chống lão hóa mới đã bắt đầu được thử nghiệm trên người. Được gọi là senolytics, thuốc này có thể chữa một số bệnh nhờ làm chậm hoặc đảo ngược lão hóa, bằng cách loại bỏ các tế bào tích tụ khi chúng ta già đi. Các tế bào này có thể làm giảm phản ứng viêm, dẫn đến ức chế cơ chế tái tạo tế bào và gây hại cho các tế bào khác.

Tháng Sáu 2019, công ty Unity Biotechnology trụ sở ở San Francisco báo cáo kết quả khả quan cho thử nghiệm đầu tiên trên các bệnh nhân viêm khớp gối. Kết quả đợt thử nghiệm y khoa lớn hơn có thể sẽ có vào nửa sau 2020. Công ty cũng đang phát triển các loại thuốc tương tự để điều trị bệnh lão hóa ở mắt, phổi và các bệnh khác.

Nhiều loại senolytics đang trong quá trình thử nghiệm. Công ty Akahest đã tiêm cho bệnh nhân Alzheimer hợp chất có trong máu người trẻ nhằm giúp chặn đứng chứng suy giảm nhận thức và chức năng. Công ty cũng đang thử nghiệm thuốc trị Parkinson và mất trí nhớ. Tháng Mười hai vừa rồi, Đại học Y khoa Drexel thậm chí còn thử nghiệm loại kem chứa rapamycin ức chế miễn dịch làm chậm lão hóa da người.

Các thử nghiệm thuốc nói trên phản ánh nỗ lực điều trị nhiều bệnh đi kèm với lão hóa như bệnh tim, viêm khớp, ung thư và mất trí nhớ.

5. Các phân tử do AI khám phá

Số lượng phân tử có thể chuyển thành thuốc cứu người rất lớn. Triển vọng tìm ra thêm nhiều loại thuốc mới nằm trong tay các dược sĩ. Giờ đây, họ có thêm các công cụ máy học (AI) để tìm ra nhiều hợp chất có dược tính hứa hẹn hơn, nhằm chế ra các loại thuốc mới nhanh hơn và rẻ hơn.

Tháng Chín 2019, đội nghiên cứu của công ty Insilico Medicine trụ sở Hồng Kông và Đại học Toronto đã chỉ ra chiến lược hiệu quả bằng cách tổng hợp vài loại thuốc mới được khám phá ra từ thuật toán của AI. Nhờ công nghệ học sâu (deep learning) và mô hình sinh mẫu (generative models), họ tìm ra khoảng 30.000 phân tử mới với đặc tính mong muốn. Họ chọn ra sáu trong số đó để tổng hợp và thử nghiệm, kết quả là có một phân tử đặc biệt hoạt tính và chứng tỏ hiệu quả khi thử nghiệm trên động vật.

Khám phá thuốc mới là một nghệ thuật phải mài dũa qua nhiều năm kinh nghiệm và phải có trực giác nhạy bén. Ngày nay, các nhà khoa học đã có thêm công cụ mới để thực hiện ước mơ của mình.

6. Các chòm sao vệ tinh khổng lồ

Vệ tinh có thể tỏa kết nối băng thông rộng đến các trạm internet, từ đó phát sóng cho thiết bị gần đó. Do vậy, hãng SpaceX kỳ vọng 10 năm tới sẽ phóng thêm lên quỹ đạo 4,5 lần số vệ tinh hiện tại, tạo ra những chòm sao nhân tạo khổng lồ. Việc này hoàn toàn khả thi vì hiện chúng ta đã biết cách chế tạo vệ tinh nhỏ hơn và tiết kiệm chi phí phóng hơn.

Trong thời tàu con thoi, giá phóng vệ tinh vào khoảng 54.600 USD/ kg. Phóng một vệ tinh thông tin nhỏ, chỉ nặng 4 tấn cũng tiêu tốn gần 200 triệu USD. Ngày nay, một vệ tinh SpaceX Starlink chỉ nặng khoảng 227 kg, ta có thể tống hàng tá vệ tinh vào một tên lửa để giảm chi phí phóng lên. Tên lửa SpaceX Falcon 9 có chi phí phóng vào khoảng 2.700 USD/kg.

Năm 2019, 120 vệ tinh Starlink đầu tiên đã được đưa lên quỹ đạo. Hãng SpaceX dự định bắt đầu từ tháng Một 2020, mỗi tháng sẽ phóng 120 vệ tinh lên quỹ đạo. Công ty OneWeb sẽ phóng hơn 30 vệ tinh vào cuối năm nay. Chúng ta có thể sớm trông thấy hàng ngàn vệ tinh trên trời, cấp internet cho cả những người nghèo nhất ở nơi hẻo lánh nhất trên thế giới.

Có một lo sợ rằng nghiên cứu thiên văn sẽ bị ảnh hưởng. Nhưng điều tồi tệ nhất là va chạm dẫn đến hàng triệu mảnh vỡ không gian, khiến không thể thực hiện phóng vệ tinh và thám hiểm vũ trụ trong tương lai. Vụ việc Starlink suýt đâm vào vệ tinh thời tiết của ESA tháng Chín 2019 là lời nhắc nhở thế giới vẫn chưa chuẩn bị cho những tai nạn tương tự. Điều gì xảy đến với các chòm sao vệ tinh trong thập kỷ này sẽ quyết định tương lai của không gian quỹ đạo sau này.

7. Ưu thế vượt trội của máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử có cách lưu trữ và xử lý dữ liệu hoàn toàn khác với máy tính thông dụng. Về lý thuyết, so với siêu máy tính loại mạnh nhất, chúng có thể giải các bài toán nhanh hơn rất nhiều, như giải mật mã hoặc mô phỏng chính xác hành vi của phân tử để giúp tìm ra thuốc hay vật chất mới.

Máy tính lượng tử đã hoạt động được vài năm, nhưng chỉ vượt trội so với máy tính thông thường ở điều kiện nhất định. Tháng Mười 2019, Google lần đầu tiên chứng minh được sự vượt trội của máy tính lượng tử. Với 54 qubits – mức đơn vị cơ bản - máy tính lượng tử đã giải xong phép toán sau hơn 3 phút, trong khi một siêu máy tính vĩ đại nhất phải mất 10 nghìn năm mới giải ra. IBM nghi ngờ bằng chứng này của Google, nói rằng vận tốc vượt trội chỉ gấp nghìn lần là cùng. Nhưng thậm chí chỉ vậy thôi cũng đã là một bước tiến to lớn; chưa kể mỗi đơn vị qubit được thêm vào cũng khiến tốc độ xử lý nhanh gấp đôi.

Mục tiêu hiện nay là xây dựng máy với đủ lượng qubit để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Đây là thử thách, vì số qubit càng lớn thì càng khó để duy trì trạng thái lượng tử. Google tin rằng họ có thể đạt được 100 - 1.000 qubit, đủ để xử lý vấn đề hữu dụng. Các bài toán khó hơn như giải mật mã sẽ đòi hỏi hàng triệu qubit, và mất vài thập kỷ để xây dựng máy. Nhưng nhu cầu mô phỏng hoạt động của phân tử thì đơn giản hơn. Do đó, ưu thế của máy tính lượng tử đã quá rõ ràng.

8. AI siêu nhỏ

AI có một vấn đề: muốn chạy nhiều thuật toán mạnh hơn, phải tốn nhiều dữ liệu và sức mạnh máy tính hơn, và còn phụ thuộc vào dịch vụ đám mây. Điều này không chỉ làm tăng lượng khí thải carbon, mà còn giới hạn vận tốc và tính bảo mật của ứng dụng AI. Công nghệ AI siêu nhỏ đang cải thiện hạn chế đó. Các thuật toán mới đang được tìm hiểu nhằm thu nhỏ mô hình học sâu mà không làm mất tính năng của chúng. Trong khi đó, chip AI thế hệ mới mạnh hơn, nhỏ hơn có thể điều hành AI với ít năng lượng hơn.

Tháng Năm 2019, Google tuyên bố có thể chạy Google Assistant trên điện thoại mà không cần gửi yêu cầu đến máy chủ ở xa. Với hệ điều hành iOS 13, Apple chạy tính năng nhận diện giọng nói và bàn phím QuickType của Siri ngay trên iPhone. IBM và Amazon hiện đã cung cấp nền tảng để chế tạo và triển khai AI siêu nhỏ.

Sự phát triển này sẽ mang lại nhiều lợi ích. Các ứng dụng trợ giúp qua giọng nói, tự động sửa lỗi và camera điện tử sẽ tốt hơn, nhanh hơn mà không cần kết nối với đám mây. AI siêu nhỏ cũng sẽ hỗ trợ những ứng dụng mới như khám sức khỏe qua phân tích hình ảnh hoặc xe tự lái với tốc độ phản ứng cao hơn. Cuối cùng, AI siêu nhỏ bảo mật tốt hơn, vì dữ liệu không cần gửi ra ngoài. Tuy vậy, công nghệ này cũng khiến việc đối phó với hệ thống giám sát hoặc các video giả mạo (deepfake) khó khăn hơn, và nảy sinh nhiều thuật toán bất công. Do đó, các nhà nghiên cứu, kỹ sư và nhà hoạch định chính sách cần hợp tác để phát triển công nghệ mà vẫn kiểm soát được nguy hại tiềm tàng.

9. Thống kê bảo mật

Năm 2020, chính phủ Mỹ có một nhiệm vụ lớn: thu thập dữ liệu của 330 triệu cư dân nước mình mà vẫn phải bảo mật danh tính của họ để phục vụ nhu cầu nghiên cứu của các nhà hoạch định chính sách và giới học giả.

Có nhiều cách để truy ra danh tính cá nhân từ bảng dữ liệu, đặc biệt nếu được kết hợp với các thông tin công khai. Do vậy, Cục Thống kê đã gây “nhiễu” thông tin, điều chỉnh độ tuổi, sắc tộc… mà vẫn giữ tổng độ tuổi và nhóm sắc tội như cũ. Càng làm nhiễu, càng khó để truy ra danh tính cá nhân.

Thống kê bảo mật là kỹ thuật toán học đằng sau quá trình này bằng cách đo lường mức độ gia tăng bảo mật khi tăng độ nhiễu, và đã được Apple và Facebook sử dụng. Vấn đề là, độ nhiễu càng lớn thì dữ liệu càng vô dụng. Một thống kê năm 2010 trong phiên bản được bảo mật theo cách này khiến một hộ gia đình có thể có tới 90 nhân khẩu.

Nếu không có gì thay đổi, phương pháp này có thể sẽ được các cơ quan liên bang sử dụng. Các quốc gia như Canada và Anh cũng đang theo dõi xu hướng này.

10.  Chống biến đổi khí hậu

Khoa học đã chứng minh được vai trò của biến đổi khí hậu trong thiên tai.

Mười ngày sau khi cơn bão Imelda bắt đầu gây ngập lụt khắp vùng Houston tháng Chín 2019, đội nghiên cứu phản ứng nhanh World Weather Attribution tuyên bố nguyên nhân cơn bão chắc chắn một phần là do biến đổi khí hậu. Họ đã so sánh mô phỏng thế giới bằng máy tính độ phân giải cao khi xảy ra, với khi không xảy ra biến đổi khí hậu. Kết quả là, các cơn bão lớn có nguy cơ xảy ra cao gấp 2,6 lần và mạnh hơn 28% khi có biến đổi khí hậu.

Đầu thập kỷ này, các nhà khoa học còn lưỡng lự khi liên hệ thiên tai với biến đổi khí hậu. Nhưng các nghiên cứu về thiên tai với công cụ và công nghệ cải tiến đã chứng minh thuyết phục cho mối liên hệ này.

Bằng cách bóc tách vai trò của biến đổi khí hậu trong các thảm họa thiên nhiên, các nghiên cứu cho chúng ta biết cần chuẩn bị cho loại thiên tai gì, ngập lụt tới mức độ nào và sóng nhiệt nghiêm trọng tới đâu, khi tình trạng nóng lên toàn cầu tồi tệ hơn. Từ đó, chúng ta có thể biết cách xây dựng cơ sở hạ tầng tốt hơn để ứng phó với biến đổi khí hậu.

Tổng hợp từ Technology Review