В России будут выпускать танталовые чипы для квантовых компьютеров

Ее разработали ученые и инженеры Квантум-парка МГТУ им. Н. Э. Баумана и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова (ГК «Росатом»).

Почти 25 лет квантовые процессоры создавались на алюминии — технологичном и, казалось, незаменимом материале. Однако с ростом числа кубитов стали очевидны его ограничения: поверхностные дефекты и окисление алюминия усиливают декогеренцию кубитов, то есть их раскоррелированность, что нарушает способность поддерживать квантовую запутанность и приводит к потере информации. Получается, что чем сложнее схема, тем критичнее потери.

В отличие от алюминия тантал почти не вступает в реакции с кислотами и агрессивными средами, благодаря чему чипы могут подвергаться агрессивным методам обработки: с их поверхности удаляют атомарные загрязнения и оксиды, ограничивающие качество кубитов. В итоге у тантала естественный оксид содержит гораздо меньше дефектов, а значит, квантовая информация сохраняется дольше. Переход с алюминия на тантал — один из потенциальных путей создания отказоустойчивых квантовых вычислителей.

Однако тантал тоже не простой материал. Его пленки растут в двух фазах, бета- и альфа-, и долгое время был непонятен процесс формирования нужной альфа-фазы на кремниевых подложках. Российские специалисты нашли тот самый механизм самопроизвольного перехода тантала из метастабильной бета-фазы в нужную для сверхпроводниковых схем альфа-фазу на этапе роста пленки и создали технологию изготовления чипов на основе высокочистого альфа-тантала.

«Мы провели более тысячи экспериментов, и эти результаты помогли нам выдвинуть гипотезу функционирования механизма фазовой селекции, объясняющую формирование альфа- и бета-тантала», — объясняет один из разработчиков технологии, старший научный сотрудник Квантум-парка Евгений Зикий.

Главный «тест-драйв» технологии — оценить добротность резонаторов (тех самых структур в чипе, что ловят и поддерживают квантовые колебания), которая показывает, сколько времени система может хранить квантовое состояние. Чем выше добротность, тем дольше живет кубит и тем надежнее работают квантовые алгоритмы. У танталовых резонаторов, сделанных в Квантум-парке, добротность достигает 10 млн в однофотонном режиме. Это означает, что один микроволновый фотон за доли секунды успевает «пробежать» внутри резонатора десятки миллионов раз (порядка 10 км), прежде чем его энергия рассеется. Достигнутый показатель — в числе лучших в мире: подобные значения сегодня доступны только ученым из Принстонского университета и бельгийского нанотехнологического центра IMEC.

По словам руководителя кластера Квантум-парка Ильи Родионова, новая технология уже отработана на криогенных микроволновых резонаторах и начинается самый сложный этап — внедрение в серийное производство. Первые поставки квантовых сопроцессоров на танталовой платформе законтрактованы на осень 2026 года.