Nga làm chủ quy trình chế tạo chip lượng tử tantal

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.

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 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.

i3judxmdvg3-mwqjbwfc7l5w5knvpicigcdarhead8-ekhu2x7rxrt88o4nujha5xtqks8ybzn2zs5wirsjwhp-vp2otssxth0-hb6gcxby45yeo5m1ikiqchdvmgkikcfuv43k2iognbz32tc3la7wry1lht9c7fqk1q5belv7r2qxs451xzgcsjkazmlq.jpg
Chip với các resonator tantalum được chế tạo tại Quantum Park.

Công nghệ này cho phép cải thiện chất lượng các linh kiện điện toán lượng tử hơn 10 lần so với công nghệ chip Nhôm truyền thống trước đây. Dự kiến những bộ xử lý phụ lượng tử dựa trên tantal đầu tiên sẽ được giao vào mùa thu năm 2026.

aqa4ssmwv7fd0qolcjelunoyz27vawbhmskszahix01zdti7sidc7itatexx-lcwdjorzc24zley1spbt5-xchtnr7c.jpg
Một con chip với các bộ cộng hưởng tantalum được sản xuất tại Quantum Park. Nguồn: Ilya Stepanov

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.

aqa47ogbco2vznqzjv-ql0k6el7dqdkzy0mzxonz5dsgnsqr6kv816hzsoklx21ctemruuyg0qvehos-n3kcs0ckoey.jpg
Ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử (SEM) của một con chip có các bộ cộng hưởng dựa trên tantali.

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 tantal 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.

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.

Thành tựu điện toán lượng tử của Nga

- Nga đang xây dựng năng lực điện toán lượng tử siêu dẫn theo hướng tự chủ phần cứng, với hai đơn vị nổi bật là MGTU Bauman và VNIIA thuộc Rosatom. Họ đã phát triển các bộ xử lý SnowDrop, từ 4 qubit lên 8 qubit, với độ chính xác được công bố khoảng 99,21%.

- Bước tiến mới đáng chú ý là Nga tuyên bố làm chủ công nghệ chế tạo mạch siêu dẫn trên nền tantalum và đã chế tạo các resonator tantalum có hệ số phẩm chất Q trên 10 triệu, qua đó đặt nền tảng cho các thế hệ chip lượng tử tiếp theo

- Ngoài ra Nga cũng đang đẩy mạnh hợp tác quốc tế, đặc biệt với Trung Quốc, Ấn Độ và các nước BRICS.

- Năm 2023, Nga và Trung Quốc đã thực hiện thử nghiệm truyền thông tin lượng tử an toàn qua khoảng 3.800 km, sử dụng vệ tinh lượng tử của Trung Quốc để phân phối khóa mã hóa.

- Nga cùng với Ấn Độ đang tìm kiếm hợp tác về điện toán lượng tử và cảm biến lượng tử. Một trong những hướng được đề cập là máy tính lượng tử ion bẫy (trapped-ion) – một công nghệ khác hoàn toàn với SnowDrop/tantalum của Nga.

- Tháng 6/2026, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) đã cử đoàn sang Moskva dự Diễn đàn Công nghệ Lượng tử BRICS.

Phát triển thành công vật liệu lượng tử thay thế dây đồng trong chip

Các nhà khoa học Mỹ vừa phát triển thành công một loại dây nano làm từ niobi arsenide (NbAs) – vật liệu lượng tử có đặc tính hoàn toàn trái ngược với đồng: kích thước càng nhỏ thì khả năng dẫn điện càng tăng.

Trong các bộ vi xử lý hiện đại, hàng tỷ bóng bán dẫn được kết nối với nhau bằng những đường dây siêu nhỏ gọi là interconnect (liên kết điện). Các đường dẫn này đóng vai trò như hệ thần kinh của con chip, cho phép các bóng bán dẫn truyền tín hiệu và trao đổi dữ liệu.

images.jpg
Các interconnect siêu nhỏ kết nối bóng bán dẫn trong chip được làm bằng đồng đang gặp phải những giới hạn.

Thí nghiệm lượng tử kỳ lạ cho thấy 'Thời gian âm' có tồn tại

Trong một thí nghiệm lượng tử được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học đã cho thấy, hạt ánh sáng có thể trải qua một khoảng thời gian "âm" khi đi xuyên qua một đám mây nguyên tử. Chúng dường như thoát ra khỏi đám mây trước cả khi bước vào.

Trong thế giới vi mô, khi các nhà khoa học bắn các photon (hạt ánh sáng) xuyên qua một đám mây cấu tạo từ các nguyên tử Rubidium, một hiện tượng gọi là "cộng hưởng" sẽ xảy ra.

Các nguyên tử Rubidium có thể hấp thụ năng lượng của photon, khiến nguyên tử bị kích thích và giữ hạt ánh sáng đó lại một khoảng thời gian (gọi là thời gian lưu trú) trước khi giải phóng nó ra.

Máy tính lượng tử di động đầu tiên chạy qubit kim cương

Một startup của Đức vừa ra mắt hệ thống máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới sử dụng kim cương, vượt mốc 100 qubit.

Cỗ máy này, do các kỹ sư tại Saxon Q chế tạo, là một máy tính lượng tử dựa trên khuyết tật nitơ (NV), nghĩa là nó sử dụng các khuyết tật trong kim cương tổng hợp làm bit lượng tử (qubit) để thực hiện các phép toán lượng tử.

zigq86fyyr5xz7yytbxtgu-1280-80png.png
Bộ xử lý lượng tử dựa trên kim cương đầu tiên thế giới có kích thước vượt quá 100 qubit.

Đọc nhiều nhất

Tin mới