Ученые Квантум Парка МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» разработали первую отечественную технологию производства сверхпроводниковых интегральных схем на основе тантала. По характеристикам чипы не уступают лучшим мировым аналогам, изготовленным в Принстонском университете и бельгийском нанотехнологическом центре imec. Кроме того, в ходе исследования российские ученые первыми обратили внимание на фундаментальные вопросы, связанные с механизмом фазового отбора тонких пленок тантала, и выдвинули гипотезу, объясняющую формирование альфа- и бета-тантала. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Reviews (APR 2026).
Тантал сегодня рассматривают как один из самых перспективных материалов для сверхпроводниковых квантовых процессоров: их планируют использовать для создания гибридных (связанных с классическими вычислителями) архитектур. В отличие от алюминия, на основе которого долгое время развивалась отрасль, тантал устойчив к кислотам, а его оксид содержит значительно меньше дефектов — таким образом, квантовая информация сохраняется дольше.
Российские ученые получили собственную передовую технологию изготовления танталовых схем. Как отметил разработчик технологии, старший научный сотрудник Квантум Парка Евгений Зикий, технология во многом аналогична той, что ранее была разработана в Принстонском университете, а по полученным характеристикам они сравнимы: показатели добротности отечественных танталовых резонаторов достигают 10 млн — это уровень лучших мировых разработок. Добротность определяет количество колебаний, которые поле может совершить в резонаторе. В данном случае — это показатель, определяющий, как долго кубит может сохранять свое запутанное состояние.
«Мы показали превосходную добротность на резонаторах и практически на порядок увеличили производительность базового слоя кубита. Однако, это лишь один из шагов, необходимых для создания долгоживущих кубитов, так как кроме базового слоя сверхпроводниковый кубит содержит множество других элементов влияющих на его производительность», — отметил Евгений Зикий.
Ключевая новизна работы в ее фундаментальной научной части — ученые получили более глубокое понимание механизма формирования альфа- и бета-фаз тантала. В перспективе это позволит найти новый подход к созданию требуемой фазы. Альфа-тантал, необходимый для изготовления квантовых чипов, – это металл с объемно-центрированной кубической решеткой. Это хороший сверхпроводник с критической температурой около 4,5 К. Бета-тантал представляет собой метастабильную фазу тантала с тетрагональной решеткой: это тоже сверхпроводник, но из-за низкой критической температуры меньше 1 К предпочтение отдается именно альфа-танталу.
В макромасштабе бета-тантал получить очень сложно, при этом он без дополнительных воздействий формируется в виде тонких пленок на кремниевых и сапфировых подложках. Однако, для изготовления квантовых чипов необходим именно альфа-тантал, рост которого требует предварительных шагов.
«Мы провели более 1 тыс. экспериментов, и результаты помогли нам выдвинуть гипотезу, объясняющую формирование альфа- и бета-тантала. Это связано с фундаментальными физическими свойствами кремниевых и сапфировых подложек: при осаждении тантал очень быстро остывает до температуры этих подложек. Именно из-за этой чрезмерной скорости охлаждения тантал застывает в некоторой метастабильной фазе. Технология получения нужной альфа-фазы тантала была известна и ранее, но механизм их формирования до нашего исследования оставался загадкой. Возможно, исследование даст нам новые способы управлять фазой и делать это проще и эффективнее», — рассказал Евгений Зикий.
Сейчас Квантум парк МГТУ им. Н.Э. Баумана начинает масштабирование технологии и ее внедрение в серийное производство. По контракту первые поставки квантовых сопроцессоров на танталовой платформе должны пройти уже осенью 2026 г.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
