Масштаб текущей революции в технологиях ИИ напрямую зависит от вычислительных мощностей. Суперкомпьютеры нового поколения критически необходимы для обучения нейросетей, климатического моделирования, расшифровки геномов, поиска новых материалов. При этом классические машины подходят к физическому барьеру: потребляют мегаватты энергии, занимают целые здания, их производительность упирается в законы квантовой физики. К 2030 году миру потребуются экзафлопсные системы — на порядки быстрее существующих.
Одно из главных направлений — использование гибридных систем, когда классические суперкомпьютеры работают вместе с квантовыми, фотонными или нейронными сопроцессорами. Среди квантовых технологий особое место занимает сверхпроводниковая платформа, которую используют IBM, Google и другие лидеры.
До недавнего времени основным материалом для квантовых чипов был алюминий, который позволил создать первые рабочие квантовые процессоры, но с ростом числа кубитов начались проблемы: окисление и дефекты на поверхности быстро разрушают квантовую информацию.
Тантал — более перспективный материал. Он устойчив к агрессивным средам, что позволяет тщательнее очищать поверхность чипов. Его естественный оксид почти не содержит дефектов, поэтому кубиты дольше сохраняют состояние. В мире лучшие результаты по времени когерентности — до 1,68 миллисекунды — достигнуты именно на тантале (Принстон, 2025). Это в разы лучше, чем у алюминиевых чипов. Переход с алюминия на тантал — важный шаг к созданию мощных и надежных квантовых компьютеров.
В Квантум Парке разработали технологию изготовления квантовых чипов на основе высокочистого альфа-тантала. Главная сложность состояла в том, что тантал — «капризный» металл: его пленки растут в двух фазах (бета и альфа), и долгое время механизм формирования нужной альфа-фазы на кремниевых подложках был не ясен.
Российские ученые и инженеры выявили механизм самопроизвольного перехода тантала из метастабильной бета-фазы в требуемую для сверхпроводниковых схем альфа-фазу непосредственно на этапе роста пленки.
При разработке технологии мы провели более 1000 экспериментов, и эти результаты помогли нам выдвинуть гипотезу механизма фазовой селекции, объясняющую формирование альфа- и бета-тантала. Используя методы просвечивающей микроскопии с атомарным разрешением, мы проанализировали морфологию десятков серийно изготовленных пластин и отследили субнанометровые структурные особенности альфа-тантала на кремнии — их просто невозможно увидеть «обычными» приборами. В ходе кропотливой исследовательской работы разобрались в природе этих мельчайших структур и изучили зарождение пленок при толщинах в несколько десятков атомарных слоев.
Добротность резонаторов — главный показатель качества сверхпроводниковых чипов для квантовых компьютеров. Чем она выше, тем дольше кубит сохраняет информацию и тем надежнее работают квантовые вычисления.
У танталовых резонаторов, созданных в Квантум Парке, добротность достигает 10 миллионов в режиме одного фотона. Это значит, что микроволновой фотон внутри резонатора успевает «пробежать» десятки миллионов кругов — как будто проходит около 10 километров — прежде чем его энергия исчезнет. И все это происходит за доли секунды. Такой результат — один из лучших в мире. Повторить его могут пока только ученые из Принстона и бельгийского центра imec.
Новая для нас технология отработана на криогенных микроволновых резонаторах, и мы смогли более чем на порядок поднять добротность сверхпроводниковых интегральных схем. Начат самый сложный этап — внедрение в серийное производство. Первые поставки квантовых сопроцессоров на танталовой платформе законтрактованы уже на осень 2026 года.
Исследования выполнены в рамках стратегического технологического проекта «Экзафлопсные гибридные вычисления (Bauman DeepTech)» программы «Приоритет-2030». Результаты опубликованы в авторитетном физическом журнале Applied Physics Reviews.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в России разработан новый механизм памяти для чипов.