Các nhà khoa học thuộc Trung tâm "Quantum Park" (Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow - BMSTU) hợp tác cùng Viện Nghiên cứu Tự động hóa Toàn Nga (VNIIA) đã phát triển công nghệ sản xuất vi mạch tích hợp siêu dẫn dựa trên Tantal, truyền thông Nga đưa tin ngày 21/8.
Công nghệ này cho phép cải thiện chất lượng các linh kiện điện toán lượng tử hơn 10 lần. Đây là mức tăng trưởng hiệu suất của chip Tantal mới so với công nghệ chip Nhôm truyền thống trước đây. Điều này có nghĩa là linh kiện mới tốt gấp 10+ lần thế hệ cũ (ví dụ giảm độ nhiễu, bớt lỗi, chạy ổn định hơn gấp 10 lần).
Dự kiến những bộ xử lý phụ lượng tử dựa trên Tantal đầu tiên sẽ được giao vào mùa thu năm 2026.
Vi mạch tích hợp siêu dẫn Tantal/Lô sản xuất thử nghiệm. Ảnh: Grok
Tantal (hay Tantalum, một kim loại chuyển tiếp hiếm) có khả năng chống chịu axit và môi trường khắc nghiệt tốt hơn đáng kể so với nhôm. Điều này cho phép làm sạch các linh kiện kỹ lưỡng hơn, loại bỏ các chất gây ô nhiễm nguyên tử và oxit khỏi bề mặt, những yếu tố làm suy giảm hiệu suất của qubit.
Hơn nữa, Oxit tantalum (Ta2O5) tự nhiên chứa ít khuyết tật hơn đáng kể so với oxit nhôm, do đó thông tin lượng tử được lưu giữ lâu hơn.
Công nghệ mới này đã được thử nghiệm trên các bộ cộng hưởng vi sóng Tantal. Ở chế độ photon đơn, khả năng lưu giữ thông tin lượng tử (Chỉ số phẩm chất Q) của chúng được phát hiện là hơn 10 triệu.
Đây là con số đo lường tuyệt đối khả năng giữ năng lượng/thông tin của bộ cộng hưởng vi sóng trong chip. Chỉ số phẩm chất Q càng cao thì thông tin lượng tử (qubit) sống càng lâu trước khi bị biến mất. Mức >10.000.000 là một kỷ lục vật lý rất cao, chứng minh Tantal cực kỳ tinh khiết và ít khuyết tật.
Kết quả này nằm trong số những kết quả tốt nhất trên thế giới, sánh ngang với những thành tựu của Trung tâm Công nghệ nano IMEC của Bỉ và Đại học Princeton của Mỹ.
Việc phát triển công nghệ này đòi hỏi các nhà khoa học Nga phải lựa chọn đúng pha của Tantal. Màng kim loại này có thể hình thành ở pha alpha và beta, và Tantali alpha (α-Ta) có độ tinh khiết cao là cần thiết cho các mạch siêu dẫn.
Hơn 1.000 thí nghiệm đã được thực hiện, phân tích các tấm wafer bằng kính hiển vi truyền qua với độ phân giải nguyên tử. Điều này cho phép họ xác định các đặc điểm cấu trúc của vật liệu dưới nanomet trên silicon, điều mà các thiết bị thông thường không thể làm được.
Phát minh của Nga hứa hẹn tác động lớn đến năng lượng, môi trường
Dù đây là một đột phá về phần cứng bán dẫn và vật lý chất rắn, tác động dây chuyền của nó đối với năng lượng và bền vững là vô cùng to lớn.
Về lĩnh vực năng lượng. Các siêu máy tính truyền thống tiêu thụ lượng điện khổng lồ. Bằng cách nâng cao độ ổn định của qubit (hơn 10 triệu), máy tính lượng tử sẽ giải quyết các thuật toán phức tạp nhanh hơn hàng triệu lần với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể trên mỗi đơn vị phép tính.
Về khía cạnh môi trường, Tantal với khả năng chống ăn mòn vượt trội giúp kéo dài tuổi thọ phần cứng lượng tử và giảm đáng kể rác thải điện tử cao cấp; đồng thời năng lượng tính toán vượt trội từ chip Tantal giúp tối ưu hóa lưới điện thông minh và chuỗi cung ứng, từ đó cắt giảm trực tiếp dấu chân carbon trong ngành năng lượng và vận tải.
