В России разработана технология производства сверхпроводниковых интегральных схем на основе тантала с добротностью резонаторов 10 млн в однофотонном режиме. Первые поставки отечественных танталовых чипов для квантовых компьютеров были осенью 2026 года. В Квантум Парке МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» разработана российская технология изготовления сверхпроводниковых интегральных схем на основе тантала. Технология опробована на криогенных микроволновых резонаторах, инициировано её внедрение в серийное производство. Первые поставки новых квантовых сопроцессоров на танталовой платформе законтрактованы были на осень 2026 года.
Рассказываем подробности:
- Разработанная в России танталовая платформа предназначена для использования в составе гибридных вычислительных систем, где классические суперкомпьютеры работают в связке со специализированными сопроцессорами на новых физических принципах. Такие системы рассматриваются как одно из магистральных направлений для преодоления физических ограничений производительности классических вычислительных машин. Танталовые сверхпроводниковые интегральные схемы могут применяться в квантовых сопроцессорах, предназначенных для ускорения вычислений в задачах, требующих экзафлопсной производительности — климатического моделирования, расшифровки геномов, поиска новых материалов и обучения нейросетей. Помимо вычислительных задач, квантовые чипы на основе сверхпроводниковых схем находят применение в радарных системах нового поколения, способных обнаруживать стелс-объекты, невидимые для традиционных средств слежения, а также в астрофизических приборах.
Как поясняют разработчики, в ходе более 1000 экспериментов установлен механизм фазовой селекции, определяющий формирование требуемой для сверхпроводниковых схем альфа-фазы тантала на кремниевых подложках. Тонкие пленки металла растут в двух фазах — бета и альфа. Самопроизвольный переход тантала из метастабильной бета-фазы в требуемую альфа-фазу происходит непосредственно на этапе роста плёнки. Для анализа морфологии пластин использовались методы просвечивающей электронной микроскопии с атомарным разрешением, позволившие отследить субнанометровые структурные особенности альфа-тантала на кремнии при толщинах в несколько десятков атомарных слоёв. Критическая температура перехода альфа-тантала составляет от 3,77 К до 4,39 К при общей толщине пленки от 20 до 150 нм соответственно. Альфа-фаза начинает рост только после формирования бета-танталового подслоя толщиной 7–10 нм.
- Добротность изготовленных танталовых резонаторов в однофотонном режиме составила 10 млн. Достигнутое повышение добротности составляет более чем десятикратное улучшение по сравнению с компонентами на основе алюминия.
Показатель добротности 10 млн в однофотонном режиме соответствует уровню, достигнутому в Принстонском университете (США). В работе Принстонского университета (Nature, 2025) сообщается о времени когерентности танталовых кубитов на уровне 1,68 мс. На 45 кубитах достигнуты средневзвешенные по времени добротности 9,7×10⁶, для лучшего кубита — 1,5×10⁷ с максимальной добротностью 2,5×10⁷, что соответствует времени жизни T₁ до 1,68 мс. Демонстрируются однокубитные вентили с точностью 99,994%.
В нанотехнологическом центре imec (Бельгия) также ведутся работы по танталовой платформе. Исследователи imec сообщают о достижении медианной внутренней добротности танталовых резонаторов выше 40 млн на 300-мм кремниевых пластинах, с лучшими устройствами выше 60 млн, при однофотонном уровне мощности и температуре 10 мК.
- Тантал — редкий, тяжелый и очень тугоплавкий переходный металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Он имеет атомный номер 73 и обозначается символом Ta.
Тантал обладает высокой устойчивостью к кислотам и агрессивным средам, что позволяет применять агрессивные методы обработки для удаления атомарных загрязнений и оксидов с поверхности, ограничивающих качество кубитов.
Естественный оксид тантала содержит существенно меньше дефектов по сравнению с оксидом алюминия. Наша страна имеет собственные месторождения тантала и ведет его добычу, что делает его использование перспективным.
На фото вверху: Чип с танталовыми резонаторами, изготовленный в Квантум Парке. Автор фото Илья Степанов. Источник фото: МГТУ имени Н.Э. Баумана 
