Mỹ thử dùng AI lượng tử để phá nút thắt đất hiếm, Trung Quốc có lo?
Một liên minh Mỹ - Pháp vừa công bố dự án dùng AI, phòng thí nghiệm tự động và máy tính lượng tử để tìm hóa chất tách đất hiếm hiệu quả hơn.
Đây là khâu Trung Quốc đang giữ ưu thế áp đảo. Mục tiêu là rút ngắn quá trình thử - sai, từ đó giảm số công đoạn và chi phí nhà máy. Nhưng khoảng cách từ mô hình máy tính tới dây chuyền công nghiệp vẫn còn xa.
Ngày 17/9, công ty khai thác, chế biến và sản xuất nguyên tố đất hiếm và nam châm vĩnh cửu Mỹ USA Rare Earth công bố hợp tác với Pasqal, hãng máy tính lượng tử của Pháp, và Riven Systems, công ty chuyên AI cho hóa học công nghiệp. Ba bên không định dùng máy tính lượng tử để “tách” quặng trực tiếp. Họ muốn tìm các phân tử có khả năng bám chọn lọc hơn với từng nguyên tố đất hiếm, qua đó cải thiện quá trình tách ở nhà máy.
Nút thắt nằm ở khâu tách, không phải ở mỏ
Đất hiếm là nhóm 17 nguyên tố thường xuất hiện lẫn với nhau trong cùng quặng. Chúng có tính chất hóa học rất gần nhau, nên tách riêng từng nguyên tố khó hơn nhiều so với hình dung thông thường về khai khoáng.
Nhà sản xuất nam châm cần các oxide riêng biệt với độ tinh khiết cao. Công nghệ phổ biến là chiết dung môi, dùng những phân tử gọi là chất chiết để kéo nguyên tố mong muốn từ pha lỏng này sang pha khác. Vì khác biệt giữa các nguyên tố rất nhỏ, dây chuyền có thể phải lặp quá trình qua nhiều tầng.
Đây là phần Trung Quốc đang chiếm ưu thế rõ nhất. Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), năm 2024 Trung Quốc chiếm khoảng 60% sản lượng khai thác toàn cầu của bốn đất hiếm chính dùng cho nam châm là neodymium, praseodymium, dysprosium và terbium. Ở khâu tách và tinh luyện, tỉ lệ tăng lên 91%, còn sản xuất nam châm vĩnh cửu thiêu kết đạt 94%.
Khoảng cách đó giải thích vì sao có mỏ chưa đồng nghĩa với làm chủ chuỗi cung ứng. Alex Moyes, lãnh đạo phụ trách mảng thượng nguồn tại Mỹ của USA Rare Earth, gọi việc tách carbonate đất hiếm hỗn hợp thành các oxide riêng biệt là thách thức lớn của ngành ngoài châu Á.
Ông đặc biệt nhắc tới dysprosium, terbium và yttrium. Dysprosium và terbium giúp nam châm NdFeB duy trì tính năng ở nhiệt độ cao, nên có giá trị với nhiều ứng dụng công nghệ và quốc phòng.
AI lượng tử sẽ làm gì?
Cách truyền thống để tìm chất chiết tốt hơn dựa nhiều vào thử nghiệm. Nhà nghiên cứu thay cấu trúc phân tử, dung môi, nồng độ và điều kiện phản ứng rồi đo mức độ chọn lọc.
Riven muốn biến phần việc này thành một vòng lặp tự động. Phòng thí nghiệm “tự hành” của công ty dự kiến chạy hàng nghìn thí nghiệm và dùng kết quả để huấn luyện mô hình học máy dự đoán chất chiết nào đáng thử tiếp.
Phần lượng tử nằm ở Pasqal. Máy tính của hãng dùng các nguyên tử trung hòa làm qubit, được giữ và điều khiển bằng những chùm laser rất tập trung, còn gọi là “nhíp quang học”. Pasqal dự kiến chạy mô hình học máy lượng tử trên dữ liệu do Riven tạo ra, rồi so kết quả với mô hình chạy trên máy tính cổ điển.
Tuy nhiên, dự án hiện chưa chứng minh máy tính lượng tử giải bài toán này tốt hơn máy tính thường. Giai đoạn đầu cũng là phép thử xem phần lượng tử có giúp tìm ra ứng viên hóa học hữu ích hơn hay không. Chính thông cáo của ba công ty dùng từ “benchmark” khi nói về việc so mô hình lượng tử với mô hình cổ điển.
Nếu có ứng viên tốt, các phân tử vẫn phải được tổng hợp và thử. Những phương án triển vọng nhất mới được kiểm chứng tại cơ sở nghiên cứu của USA Rare Earth ở Wheat Ridge, bang Colorado trước khi có thể đưa vào quy trình công nghiệp.
Ba công ty hình dung một vòng lặp, mô hình đề xuất phân tử, phòng thí nghiệm tự động kiểm tra, dữ liệu mới quay lại cải thiện mô hình. Mục tiêu là rút ngắn thời gian tìm hóa chất giúp dây chuyền tách hiệu quả hơn.
Nếu chất chiết có độ chọn lọc cao hơn, nhà máy về lí thuyết có thể cần ít tầng chiết hơn, đồng nghĩa giảm thiết bị, hóa chất và năng lượng. USA Rare Earth cho rằng đây là hướng có thể hạ cả chi phí đầu tư lẫn vận hành của nhà máy, dù hiệu quả thực tế vẫn phải được chứng minh.
Từ phòng thí nghiệm tới nhà máy còn xa
Thông cáo của ba công ty chủ yếu nói về kế hoạch. Chưa có chất chiết mới nào được công bố, cũng chưa có bằng chứng học máy lượng tử đã vượt mô hình cổ điển trong bài toán này.
Ngay cả khi tìm ra một phân tử tốt, chuyển nó sang nhà máy vẫn là bài toán khác. Chất chiết phải đủ bền, hoạt động ổn định khi nguyên liệu thay đổi, có thể tái sử dụng và không tạo chi phí xử lí chất thải quá lớn. Một kết quả tốt trong phòng thí nghiệm chưa bảo đảm dây chuyền công nghiệp sẽ vận hành rẻ hơn.
Lịch trình của chính USA Rare Earth cho thấy quy mô thách thức. Tháng 3, công ty đưa giai đoạn 1a của cơ sở sản xuất nam châm tại Stillwater, Oklahoma vào vận hành. Công ty đặt mục tiêu đạt tốc độ 600 tấn mỗi năm vào cuối 2026 và nâng tổng năng lực hoạt động tại đây lên 1.200 tấn mỗi năm trong quý I/2027.
Dự án Round Top tại Texas được đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất thương mại vào cuối năm 2028. Đây sẽ là một nguồn đất hiếm nặng và khoáng sản quan trọng cho chuỗi “từ mỏ tới nam châm” mà USA Rare Earth đang xây dựng.
Chính phủ Mỹ cũng hỗ trợ mạnh cho kế hoạch này. Ngày 3/6, Bộ Thương mại Mỹ hoàn tất thỏa thuận cấp tới 277 triệu USD ưu đãi liên bang và khoản vay lên tới 1,3 tỉ USD cho USA Rare Earth, tổng quy mô hỗ trợ khoảng 1,6 tỉ USD. Khoản tiền nhằm hỗ trợ khai thác, xử lí ở Round Top và mở rộng năng lực sản xuất kim loại, hợp kim cùng nam châm tại Mỹ.
Điều đó cũng cho thấy dự án AI lượng tử không phải chương trình riêng của chính phủ Mỹ. Đây là hợp tác doanh nghiệp Mỹ - Pháp, nhưng nó xuất hiện bên trong một chiến lược lớn hơn của Washington nhằm đưa các công đoạn đất hiếm quan trọng trở lại Mỹ.
Muốn xây chuỗi cung ứng cạnh tranh, công nghệ tốt vẫn chưa đủ. Mỹ còn cần vốn, giấy phép, nhân lực, nguồn nguyên liệu ổn định và nhà máy đủ lớn để hạ giá thành.
Trung Quốc có lo?
Trong ngắn hạn, một dự án AI lượng tử chưa đủ làm thay đổi vị thế của Trung Quốc. Lợi thế của Bắc Kinh được xây qua nhiều thập niên, dựa trên quy mô, đội ngũ kĩ thuật và mạng lưới nhà cung cấp.
IEA cho biết ngay cả khi tính cả những dự án hiện có và đã được công bố, năng lực ngoài Trung Quốc vào năm 2035 vẫn chỉ đủ đáp ứng khoảng 25% nhu cầu tinh luyện và chưa tới 20% nhu cầu nam châm của phần còn lại thế giới.
Sức ép đa dạng hóa nguồn cung dù vậy đang tăng mạnh. Tháng 4/2025, Trung Quốc áp kiểm soát xuất khẩu đối với bảy đất hiếm trung bình và nặng cùng các sản phẩm liên quan. Những biện pháp này từng khiến nguồn cung cho các hãng sản xuất ôtô ở Mỹ và châu Âu bị gián đoạn.
Đến tháng 10/2025, Bắc Kinh công bố một gói rộng hơn, bổ sung thêm nguyên tố và mở phạm vi cấp phép sang một số linh kiện sản xuất ở nước ngoài có chứa đất hiếm nguồn gốc Trung Quốc hoặc sử dụng công nghệ Trung Quốc. Phần mở rộng tháng 10 sau đó được đình chỉ một năm, trong khi những hạn chế từ tháng 4 vẫn còn hiệu lực.
IEA ước tính nếu gói kiểm soát rộng được thực thi đầy đủ, khoảng 6,5 nghìn lí USD giá trị sản xuất hạ nguồn mỗi năm ở các nước ngoài Trung Quốc có thể bị đặt vào vùng rủi ro. Đây không phải thiệt hại đã xảy ra, mà là quy mô hoạt động kinh tế có khả năng bị ảnh hưởng nếu nguồn cung bị gián đoạn nghiêm trọng.
Mức phụ thuộc này cũng lí giải vì sao đất hiếm tiếp tục xuất hiện trong đàm phán Mỹ - Trung. Ngày 20/9, Bộ trưởng Tài chính Mỹ Scott Bessent và Phó thủ tướng Trung Quốc Hà Lập Phong tiếp tục thảo luận về khoáng sản quan trọng bên cạnh thương mại và AI. Washington vẫn muốn dòng đất hiếm từ Trung Quốc ổn định trong lúc các nguồn thay thế chưa đủ lớn.
Dự án của USA Rare Earth, Pasqal và Riven đáng chú ý không phải vì đã tạo ra một “đột phá lượng tử”, mà vì thử dùng tự động hóa và năng lực tính toán để tăng tốc tìm hóa chất ở đúng khâu Trung Quốc đang có lợi thế lớn.
Phép thử đầu tiên rất cụ thể, mô hình lượng tử có tạo ra dự đoán tốt hơn hoặc hữu ích hơn mô hình cổ điển hay không. Nếu có, bước tiếp theo vẫn là chứng minh các phân tử được đề xuất hoạt động ngoài phòng thí nghiệm và giúp giảm chi phí thật.
Thách thức mới với Trung Quốc vì thế chưa nằm ở một công nghệ đã sẵn sàng thay đổi cán cân. Nó nằm ở khả năng các đối thủ dùng AI, tự động hóa và công cụ tính toán mới để rút ngắn quá trình học hỏi trong khâu khó nhất của chuỗi đất hiếm. Nếu tốc độ đó đủ nhanh và đi cùng năng lực sản xuất mới, lợi thế hiện tại của Bắc Kinh mới bắt đầu bị bào mòn.
