Российскими специалистами создана методика выпуска передовых интегральных схем для квантовых систем на базе тантала. Новая разработка позволяет повысить характеристики компонентов для квантовых вычислителей более чем в десять раз, о чем проинформировали в МГТУ имени Н. Э. Баумана.
Ирина Медведева
Тантал — ключ к квантовому будущему. Иллюстративное фото. Источник: securitylab.ru
Это достижение знаменует собой важный этап не только для российской квантовой индустрии, но и для всей мировой науки о сверхпроводниках. Десятикратное улучшение ключевых параметров, подтвержденное независимыми измерениями добротности резонаторов, переводит отечественные разработки из разряда лабораторных экспериментов в плоскость практической конкуренции с мировыми лидерами.
Стоит подчеркнуть, что речь идет не о модификации существующей алюминиевой технологии, а о принципиально новой платформе, которая требует пересмотра многих устоявшихся подходов к литографии, травлению и контролю качества многослойных структур.
Сама возможность работать с танталом, который химически инертен и требует агрессивных методов очистки, открывает дорогу к созданию более сложных и масштабируемых архитектур квантовых процессоров, недостижимых на старых материалах.
Микросхемы на базе тантала
В пресс-службе вуза сообщили ТАСС, что в стенах Квантум Парка совместно с ФГУП «ВНИИА» была отработана технология создания сверхпроводящих интегральных микросхем, основой которых выступает тантал. Этот материал считается одной из наиболее перспективных платформ для квантовых сопроцессоров. Как подчеркивается в заявлении, предложенный подход дает возможность многократно улучшить параметры сверхпроводящей электронной компонентной базы.
Представители университета пояснили, что тантал гораздо менее восприимчив к кислотам и иным агрессивным средам, нежели алюминий. За счет такого свойства структуры, изготовленные на его основе, допускают применение более интенсивных методов обработки.
Это позволяет избавляться от атомарных загрязнений и оксидных пленок, негативно сказывающихся на работе кубитов. Помимо этого, природный оксидный слой тантала отличается меньшим числом дефектов в сравнении с окислом алюминия – их число , что обеспечивает более длительное сохранение квантового состояния.
Для оценки эффективности предложенной технологии специалисты испытали танталовые микроволновые резонаторы. В режиме одиночного фотона их добротность превысила отметку в 10 миллионов. Данный параметр отражает способность системы удерживать квантовые сведения.
В сообщении отмечается, что подобный результат входит в число лучших мировых показателей. Сопоставимых значений удалось достичь лишь исследователям из Принстонского университета и специалистам бельгийского центра нанотехнологий IMEC.
Как проходила реализация проекта
Среди главных трудностей при реализации этого проекта выделялось получение требуемой кристаллической фазы тантала. Металл способен образовывать пленки в двух формах — альфа и бета, однако для сверхпроводящих схем необходим особо чистый альфа-тантал.
Как рассказал старший научный сотрудник Квантум Парка Евгений Зикий, в ходе отработки технологии было выполнено свыше 1000 опытов. Полученные данные позволили сформулировать теорию фазовой селекции, объясняющую условия появления альфа- и бета-модификаций тантала.
Применяя методы просвечивающей электронной микроскопии с атомным разрешением, исследователи детально изучили морфологию десятков серийных пластин и выявили субнанометровые особенности структуры альфа-тантала на кремниевой подложке. Такие детали остаются незаметными при использовании стандартного оборудования.
Руководитель кластера Квантум Парк Илья Родионов добавил, что первые партии квантовых сопроцессоров на танталовой платформе уже законтрактованы, их поставки намечены на осень текущего года.
Особую ценность представляет собой фундаментальная научная составляющая проделанной работы. Формулирование теории фазовой селекции тантала — это не просто инженерный трюк, а глубокое понимание физики роста тонких пленок.
Способность контролировать кристаллическую структуру на субнанометровом уровне, различая альфа- и бета-фазы, дает исследователям инструмент, который можно масштабировать и адаптировать для других материалов и гетероструктур.
Именно такие базовые знания становятся основой для следующего технологического рывка: от одиночных кубитов и резонаторов к созданию многокубитных систем с достаточной когерентностью для реализации алгоритмов коррекции ошибок. Без этого научного фундамента любые инженерные победы оставались бы эмпирическими и хрупкими.
Как сообщает ТАСС, работа проводилась в рамках стратегического технологического направления «Экзафлопсные гибридные вычисления (Bauman DeepTech)», реализуемого по программе «Приоритет-2030». Итоги исследования опубликованы в авторитетном издании Applied Physics Reviews. И это сигнал для международного научного сообщества о том, что российская школа квантовых технологий сохранила и приумножила свой потенциал, несмотря на все вызовы последних лет.
Это также важный шаг для привлечения молодых ученых и талантливых инженеров, которые видят перспективу реальных научных прорывов. Совместная работа Квантум Парка МГТУ и ФГУП «ВНИИА» демонстрирует эффективную модель взаимодействия академической науки и промышленного сектора, где фундаментальные исследования быстро трансформируются в опытные образцы и контракты на поставку реальной продукции. Первые законтрактованные партии сопроцессоров — лучшее тому подтверждение.
Стратегия – переход на тантал
В практической плоскости переход на тантал означает, что российские квантовые вычислители становятся менее чувствительными к внешним шумам и дольше сохраняют квантовое состояние. Это критически важно для решения задач, требующих большого числа операций и высокой точности: от моделирования новых лекарств и катализаторов до оптимизации логистических цепочек и финансовых рисков.
Возможность использовать более интенсивные методы обработки структур позволяет увеличить скорость изготовления микросхем и снизить процент брака, что в перспективе сделает квантовые компоненты более доступными для широкого круга исследовательских групп и коммерческих компаний внутри страны.
Наконец, стоит отметить стратегический характер развития, заданный программой «Приоритет-2030» и направлением «Bauman DeepTech». Создание собственной технологической базы для квантовых вычислений — это вопрос не только научного престижа, но и технологической независимости.
Имея в руках проверенную методику и отлаженные процессы, Россия получает возможность развивать целую экосистему: от производства криогенного оборудования и систем управления до разработки специализированного программного обеспечения для квантовых алгоритмов.
Осенние поставки первых партий станут лишь началом этого пути, задавая темп для масштабирования производства и углубления научных исследований в одном из самых перспективных направлений вычислительной техники XXI века.