GS.TS Trần Xuân Hoài: Những trải nghiệm về vật lý, công nghệ và đời sống thực

Ở tuổi 80, sau những trải nghiệm và chiêm nghiệm sự đổi thay của các thế hệ công nghệ lõi, mối liên hệ của nó với phòng thí nghiệm và đời sống thực theo nhiều cách, giáo sư Trần Xuân Hoài (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) cho rằng, không có sự phát triển nào của công nghệ mà lại thiếu sự đóng góp của khoa học, và con đường đưa công nghệ vào đời sống thực phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố cá nhân lẫn sự thức thời của các nhà quản lý.

GS.TS Trần Xuân Hoài. Ảnh: Hoàng Nam

Theo ông, tốc độ tiến bộ của công nghệ có quyết định sự lựa chọn định hướng vật lý vào đời sống hay là ngược lại?

Hiện tại liên ngành Vật lý và công nghệ thông tin hình như đang có cơn sốt gần như là fashion (thời thượng) về quantum computing (tính toán lượng tử), đến Việt Nam ta chưa phát triển mấy về khoa học mà cũng đang sốt xình xịch. Tuy rất hoan nghênh cho sự nhanh nhạy của các bạn trẻ, chúc các bạn dũng cảm dấn thân, biết đâu đấy, nhưng tôi nghĩ: thảo luận hay tranh luận thì cứ tiến hành nhưng con đường từ ý tưởng ra thành quả khoa học công nghệ đã khó mà từ thành quả đó ra sản phẩm thương mại còn khó hơn và dù đã là sản phẩm thương mại rồi nhưng dùng nó như thế nào, dùng vào đâu thì đòi hỏi một thời gian thử thách rất lâu.

Ông đã chiêm nghiệm điều này từ chính trải nghiệm của mình?

Năm 1971-1972, khi tôi chân ướt chân ráo về Việt Nam đã được biệt phái sang quân đội để tham gia vào nhóm giải mã máy bay F111 cánh cụp cánh xòe vừa bị hạ ở Hà Sơn Bình. Khi máy bay bị trúng đạn, cabin của nó đã tự động tách khỏi thân máy bay bằng một dây thuốc nổ, ngay cả khi có rơi thẳng xuống gần đất thì một tên lửa dưới gầm sẽ khởi động đẩy cabin lên trời và dù tự động bung ra, hạ cánh nhẹ nhàng, phi công có thể mở cửa bước ra như mở cửa ô tô vậy.

Khi đó, ta thu được cabin nguyên vẹn với máy tinh và hệ thống điện tử điều khiển. Các nhà báo vội vàng đăng tỉ mỉ chiến tích này và Liên Xô biết được. Do đó, Thủ tướng Liên Xô điện sang, đề nghị Việt Nam giao ngay lại cho họ. Thủ tướng nước ta lúc đó chấp nhận sẽ giao sau một tháng. Trong thời gian này, nhóm chúng tôi được lệnh phải ngày đêm giải mã công nghệ cho xong… Chuyện dài, chỉ xin kể một chi tiết: tất cả hệ thống máy tính, điện tử tự động của máy bay mà nhóm tôi đo đạc kiểm tra đều dùng linh kiện rời rạc, không chip, không mạch in. Hệ thống cấu trúc ba chiều bằng hàn nối, rất nhỏ gọn, từng khối bọc trong epoxy, ném chó chó chết (các nhóm khác tôi không rõ).

Nên nhớ đó là năm 1971, sáng chế công nghệ mạch in (PCB) như ngày nay đã được cấp cho quân đội Mỹ từ 1956 và mạch IC silicon đã được J. Kilby (Giải Nobel 2000) và R. Noyce phát minh vào năm 1961. Thế đấy, họ chủ yếu dùng công nghệ đã bảo đảm an toàn ổn định từ trước rất lâu rồi, chứ không phải công nghệ mới chục năm tuổi!

Câu chuyện này nói lên điều gì, thưa ông?

Qua câu chuyện về máy bay F111 chúng ta thấy rõ, Không phải mọi công nghệ mới, hay phát kiến mới từ phòng thí nghiệm, dù rất thành công đều được đưa vào ứng dụng ngay mà chỉ được ứng dụng vào từng nhiệm vụ thích hợp. Những nhiệm vụ đòi hòi an toàn 100%, độ ổn định cao, bên vững và lâu dài… thì công nghệ phải được có đủ thời gian để chứng minh, thử thách với nhiệm vụ ứng dụng đặt ra, thật quả không dễ dàng. Những phát kiến như mạch in, chip lúc đó là rất tuyệt, dùng cho dân dụng như cái ti vi, radio thì được nhưng cho những mục đích cao hơn như quân sự, y tế… thì chưa bảo đảm hoàn toàn. Dù đã là sản phẩm thương mại rồi thì cũng vẫn phải tiếp tục đầu tư để cho sản phẩm thương mại được hoàn thiện, tin cậy và tất nhiên giá thành thấp hơn.

Bản thân con chip gắn liền với ngành công nghiệp bán dẫn. Chắc hẳn ông đã chứng kiến quá trình mà nó mới chỉ là ý tưởng trước khi được đầu tư để trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế giới?

Cuối thập kỷ 1960, tôi đã được tham dự những cuộc thảo luận chiến lược ở châu Âu về digital IC (vi mạch số) trong dân dụng. Một bên cho rằng digital IC chỉ được dùng trong tính toán, còn điện tử dân dụng thì không, và ủng hộ mạch hybrid digital analoge. Một phe thì ủng hộ phát triển hoàn toàn digital. Cuộc chiến này kéo dài cỡ 20 năm, khi công nghệ IC silicon phát triển mạnh cỡ 100 nm thì vấn đề ADC/DAC (ADC Analoge Digital Converter biến đổi tín hiệu từ tương tự sang dạng số hóa; DAC là biến đổi ngược lại) đã giải quyết xong, điện tử dân dụng hoàn toàn digital hóa như ngày nay. Thú thật lúc đó tôi thiển cận nên theo phe hybrid. Tôi lúc đó chỉ là một nhà khoa học mới vào nghề nên không nhìn xa được cũng dễ hiểu, có lẽ nhiều nhà khoa học nổi tiếng trong phe XHCN, ý kiến của họ có tính dẫn đường (!) cũng nhận định sai, nên phe XHCN dù xuất phát điểm về Điện tử bán dẫn không kém phương Tây, có lẽ do đi sai đường nên tụt hậu nhiều.

Câu chuyện về sự phát triển của những công nghệ nằm ngoài tiên lượng của nhiều nhà khoa học thật thú vị. Có lẽ, không riêng “phe XHCN” mà cả các công ty lớn cũng định hướng sai?

Đúng vậy. Năm 1987, tôi có dịp đến Rochester và vào phòng thí nghiệm của EASTMAN KODAX. Thật là tuyệt vời được vào thăm thế giới máy ảnh và phim ảnh màu Kodax. Đúng là một đế chế khổng lồ về kinh tế, một mỏ vàng về công nghệ mới. Vào quãng cuối thập kỷ 1990, tôi được nhờ làm phiên dịch cho một lãnh đạo AGFA thuyết trình ở Hà Nội về tương lai của phim ảnh. Nội dung chính là chứng minh rằng kỹ thuật phim ảnh nhựa Kodax, Agfa.. là tối ưu, là tương lai, không bao giờ kỹ thuật phim ảnh digital có thể đạt được. Tất nhiên là tôi dịch trung thực và hay nữa dù là nghiệp dư (người phiên dịch chuyên nghiệp họ thuê không biết chuyên môn, dịch không suôn sẻ nên họ mới lôi tôi vốn là người nghe lên dịch hộ). Nhưng khi dịch xong, để giữ thể diện cho diễn giả, tôi chỉ nói nhỏ riêng với diễn giả rằng tôi không tin vào những khuyến cáo của ông lắm.

Tại sao lại như vậy?

À, lúc đó thì tôi đã có nhiều kinh nghiệm hơn, đã đi sâu vào kỹ thuật digital hơn chục năm rồi nên đã có thể tự nhận định được phần nào của xu hướng phát triển. Vì tôi làm nhiều trong lĩnh vực phần cứng cảm biến, biết rằng sự phát triển của cảm biến quang điện còn ở giai đoạn đầu, chắc chắn sẽ phát triển đến mức đủ độ phân giải cao, không kém gì phim ảnh, lúc đó thì phim nhựa sẽ không còn ưu thế về mọi mặt nữa.

Mà đúng thế thật. Kodax và Agfa lừng lẫy đều đã chết vì kiên trì theo hướng phim ảnh nhựa (analog )! Thú vị nhất chính kỹ sư Steven Sasson của Kodak đã phát minh ra máy ảnh digital đầu tiên trên thế giới năm 1975!

Những năm 2000-2010 là thời kỳ nở rộ của kỹ thuật xử lý ảnh/video digital. Cũng có hai phe sống mái với nhau. Cả hai phe thì đều phát triển và áp dụng các kỹ thuật nén-giải video/ ảnh như MPEG 1,2,4 . Nhưng một phe thì chủ trương phát triển phần cứng chuyên dụng. Một phe khác thì cho rằng chỉ cần phát triển tốc độ CPU và dung lượng RAM. Đến nay thì chưa phe nào bị knock-down hoàn toàn nhưng phe CPU đang chiếm thế thượng phong khi công nghệ chips đã tiệm cận 4nm! Phe nào mà chọn sai, phe đó chết. Chết vì chọn sai hướng KH&CN còn khủng khiếp hơn là cạnh tranh kinh tế thị trường! Có những phát kiến cũ, nhưng trong môi trường công nghệ mới lại phát huy tác dụng, cho nên cũng không nên chỉ nhăm nhắm chọn vào những phát kiến mới.

Nghĩa là không có công nghệ nào đi một mình mà thành công?

Đúng thế, phát triển công nghệ là cả một hệ sinh thái, cái này phải dựa vào cái kia và ngược lại. Tôi kể vài thí dụ để các bạn nghe nhé. John Tyldall người Ireland vào 150 năm trước đã tìm ra nguyên lý của sợi quang (1855), và nguyên lý đó thì chỉ cần kiến thức Vật lý lớp 12 cũng đủ giải thích cặn kẽ. Nhà sáng chế John Logie Baird (Scottland) đã dùng nguyên lý đó để truyền ảnh vào năm 1925 tại London… nhưng nếu không có công nghệ LED/LASER và Chips bán dẫn thì không thể có được mạng truyền tải cab quang thần kỳ hiện nay, dù công nghệ thủy tinh có tạo nên sợi quang tuyệt vời đến thế nào chăng nữa.

Hồi cuối thập kỷ 1960 ở Berlin, lần đầu tiên nhóm chúng tôi tổ chức seminar về một vấn đề rất cũ. Nội dung là về những thí nghiệm hóa lý vào năm 1888, của nhà sinh hóa Friedrich Reinitzer (người Áo-Đức) trên các dẫn chất (derivatives) của Cholesterol mà nay có tên gọi là tinh thể lỏng (LD liquid crystal) dòng Cholesterish. Thời đó người ta đang đi tìm các kỹ thuật hiển thị thay cho CRT ( đèn hình sợi đốt), và công ty RCA (Mỹ) từ 1962 bắt đầu chú ý đến LD. Khổ một nỗi là hiệu ứng display của LD phải ở nhiệt độ cao và không ổn định. Mãi đến năm 1973 mới tổng hợp được LD ổn định ở nhiệt độ phòng và những tấm LD-display số 8 đơn sơ mới ra đời. (Nhóm chúng tôi quyết định không nhảy vào LD khoảng 1968). Nhưng để có màn hình tinh thể lỏng như ngày nay thì yếu tố quyết định lại là sự phát triển của công nghệ bán dẫn, đó là công nghệ TFT silicon – Transistor màng mỏng silic.

Tôi có may mắn được trải nghiệm từ ngày đầu trứng nước của công nghệ Silicon, đã tự nhầm lẫn và chứng kiến nhiều sự nhầm lẫn của thiên hạ. Nhưng có một điều cho đến nay vẫn thấy chưa nhầm lẫn, ấy là sự phát triển của công nghệ Silicon Plana – Epitaxie và các biến thế của nó suốt 65 năm qua là nền tảng cuộc cách mạng lần thứ 3.

GS.TS Trần Xuân Hoài thảo luận cùng các đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu tại Berlin. Ảnh: NVCC

Chứng kiến nhiều sự thăng trầm của công nghệ, có khi nào ông thấy Việt Nam mình bỏ lỡ cơ hội công nghệ nào không?

Bỏ lỡ thì nhiều và do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan, ví dụ như nước ta và Hàn quốc vào thập kỷ 1970 cùng bắt đầu bước vào lĩnh vực linh kiên bán dẫn Silicon, trình độ KH&CN như nhau nhưng sau 30 năm thì Hàn Quốc vào top dẫn đầu thế giới, còn ta vẫn chưa tiến lên được trong lĩnh vực này. Cái khác nhau là Hàn Quốc do tư nhân làm chủ đạo, nhà nước hỗ trợ. Còn ta thì chỉ có nhà nước thôi. Chuyện này quá lớn nên thôi không bàn làm gì.

Riêng cá nhân tôi thì tôi tiếc đến đứt ruột việc KH&CN Việt Nam bỏ qua lĩnh vực lưu trữ năng lượng (ES-Energy Storage), nói hẹp và cụ thể hơn là về Pin-Acquy. Cá nhân tôi hơn 30 năm trước đã rất mê lĩnh vực này, đó là lĩnh vực rất cần thiết với cuộc sống hiện tại và tương lai dài hạn, hàm lượng chất xám trong sản phẩm cao, công nghệ không quá cao siêu, thị trường thì vô tận, đa dạng cao thấp gì cũng bán được. Tôi đã khuyến cáo các vị lãnh đạo khoa học nên dẹp những mơ tưởng cao siêu như chạy đua làm nghiên cứu chip bán dẫn, quang điện tử, sensor chính xác… vì trình độ và tính cách người Việt khó kham nổi những công nghệ đó. Bản thân tôi cũng mày mò âm thầm làm về lưu trữ năng lượng nhưng quá đơn độc nên dù cũng chỉ đủ để công bố quốc tế, kiếm được ít đô la của các nhà tài trợ quốc tế để duy trì hoạt động nghiên cứu của Viện trong các lĩnh vực “mỳ ăn liền” mà thôi.

Thêm nữa, công nghiệp nước ta cũng không phát triển lĩnh vực này, chỉ có vài cơ sở nhỏ làm pin Con Thỏ, Con Ó, acquy chì… công nghệ cũ rích từ 150 năm trước. Tôi đã ra sức tuyên truyền, viết báo, viết đề án… nhưng các nhà quyết định chính sách chỉ cười cho là tôi lẩm cẩm, còn giới chuyên môn thì cũng hờ hững vì họ đang mơ mộng những việc cao siêu hơn.

Hãy nhìn xem, Trung quốc cũng chỉ bắt đầu không sớm hơn ta, nhưng nay họ đã dẫn đầu thế giới về sáng chế và sản xuất Pin Lithium, chỉ riêng cho xe điện đã có doanh số gần trăm tỷ đô la. May mà Việt Nam hiện nay có công ty tư nhân là VinGroup đã nhận ra vấn đề và đang đầu tư hàng tỷ đô la vào lĩnh vực quan trọng bậc nhất cho hiện tại và tương lai này. Lưu trữ năng lượng còn chỗ rất rộng cho KH&CN Việt Nam ‘múa gậy vườn hoang’. Chỉ cần các yếu tố là các bạn trẻ quyết tâm dấn thân làm đến nơi đến chốn và thay đổi cơ chế quản lý KH&CN kiểu hành chính sự nghiệp để có các nhà đầu tư tư nhân tham gia.

Hiện tại, người ta nói nhiều đến cuộc cách mạng mới với tính toán lượng tử…

Nói nôm na, cho đến thời điểm làm ra và phát triển cách mạng 4.0 này thì Vật lý và công nghệ chỉ mới tìm hiểu, sáng chế ra những thứ kỳ diệu dựa trên thuộc tính điện từ trường của quá trình chạy lăng xăng và tương tác lẫn nhau cũng như với môi trường xung quanh của một cái hạt bé tí tẹo là anh chàng điện tử – electron. Trong thế giới vi mô thì không phải chỉ có mỗi hạt electron mà còn nhiều hạt khác như photon, neutron… Các thuộc tính và hiệu ứng tương tác các hạt, kể cả Electron, không chỉ có điện từ, mà còn nhiều thuộc tính khác mà ta gọi chung là các trạng thái lượng tử ví dụ như spin, rối lượng tử (quantum entanglement). Nếu dựa trên những hạt và thuộc tính chưa được khai thác này chúng ta sẽ thay đổi nền tảng của công nghệ (ít nhất là của công nghệ máy tính). Có phải là mở đầu một cuộc cách mạng hay không và đến thời điểm này chưa hay chỉ là một sự cải cách?

Với trình độ phát triển hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam có thể làm được gì trong cuộc cách mạng mới này?

Thành thực là tôi chưa trả lời được. Điều tôi muốn nói là các nhà KH&CN Việt Nam nên học hỏi đến nơi đến chốn, đánh giá kỹ lưỡng, thực tế hơn.

Cảm ơn ông đã chia sẻ!
Thanh Thu thực hiện