В Квантум Парке МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с ФГУП «ВНИИА» завершена разработка технологического процесса производства сверхпроводниковых интегральных схем на основе тантала. Эта материальная платформа рассматривается как одна из альтернатив для создания квантовых сопроцессоров. Первые коммерческие поставки изделий на этой платформе запланированы на осень 2026 года.
Развитие гибридных вычислительных систем, сочетающих классические суперкомпьютеры со специализированными сопроцессорами, рассматривается как одно из перспективных направлений для преодоления физических ограничений производительности. В числе таких решений — сверхпроводниковые квантовые схемы, над которыми работают в том числе крупные международные корпорации. На протяжении последних десятилетий основным материалом для подобных устройств служил алюминий, однако с увеличением числа кубитов влияние поверхностных дефектов и окисных слоев на декогеренцию становится более критичным.
Переход к танталу обосновывается его химической инертностью и меньшим количеством дефектов в естественном оксиде по сравнению с алюминием. В мировой научной литературе, в частности в работах Принстонского университета (Nature, 2025), сообщается о времени когерентности танталовых кубитов на уровне 1,68 миллисекунды, что превышает показатели алюминиевых аналогов.
Технологическая сложность при работе с танталом связана с возможностью существования его тонких пленок в двух кристаллических фазах — бета и альфа. Для сверхпроводящих применений требуется альфа-фаза. Согласно заявлению разработчиков, в ходе более чем тысячи экспериментов им удалось идентифицировать механизм самопроизвольного фазового перехода в процессе роста пленки на кремниевых подложках. Для анализа структуры использовались методы просвечивающей электронной микроскопии с атомарным разрешением, что позволило отследить особенности формирования пленок на субнанометровом уровне.
Основным показателем качества технологии называется добротность резонаторов в однофотонном режиме. Для созданных образцов она достигает значения 10 миллионов. Этот показатель соответствует уровню, доступному ограниченному числу исследовательских центров. С технической точки зрения такая добротность означает, что микроволновой фотон в резонаторе совершает десятки миллионов циклов до рассеивания энергии.
По словам руководителя кластера Квантум Парк Ильи Родионова, технология была отработана на криогенных микроволновых резонаторах, и достигнутое повышение добротности более чем на порядок по сравнению с предыдущими решениями. В настоящее время начат этап перехода к серийному производству, а контракты на поставку сопроцессоров заключены на осень текущего года.
Читайте также: Искусственный нейрон ЛЭТИ преодолеет «бутылочное горлышко» архитектуры фон Неймана